JVM内存结构

        在实际工作中，对于有一定经验的程序员来说，jvm的调优是必须掌握的知识，在了解各种命令和调优手段之前，首先必须的清楚jvm的内存结构，因为jvm调优必须要求开放人员对内存结构有一定的了解，对于OutOfMemoryError等异常知道原因，下面我们就来介绍一下jvm的内存结构。

先来看一张图，了解下jvm内存结构的整体布局

jvm的内存结构主要分为3大块：堆内存，方法区和栈，堆内存是jvm中最大的一块由年轻代和老年代组成。

年轻代分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间,默认情况下年轻代按照8:1:1的比例来分配；老年代是通过调整年轻代和堆内存来间接控制的。

方法区是存储类的信息，常量和静态变量，线程共享的，为了和堆内存区分，称为Non-Heap(非堆)。

栈分为java虚拟机栈和本地方法栈，用于方法的执行；每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

下面通过一张图来了解参数控制各内存区域的大小

 

控制参数

• -Xms设置堆的最小空间大小。

• -Xmx设置堆的最大空间大小。

• -Xmn设置年轻代的空间的大小

• -XX:NewSize设置新生代最小空间大小。

• -XX:MaxNewSize设置新生代最大空间大小。

• -XX:PermSize设置永久代最小空间大小。

• -XX:MaxPermSize设置永久代最大空间大小。

• -Xss设置每个线程的堆栈大小。

-Xmn 和 -XX:Newsize 
前者是设置堆中新生代大小。后者是设置新生代初始大小
－Xmn 是将NewSize与MaxNewSize设为一致。

下面对各个区域详细介绍下

 

Java堆（Heap）

是jvm管理内存最大的一块，是线程共享的，虚拟机启动创建时，唯一目的是方法对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被称为GC堆，垃圾回收采用的分代收集算法，所以堆分为年轻代，老年代，年轻代还可以细分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等；根据java虚拟机规范规定，java堆可以是物理上不连续的内存空间，逻辑上连续就行；通过-Xmx和-Xms控制。

new创建的对象和数组，是存放在堆中的，用完之后靠垃圾回收机制不定期自动清除。

如果堆中没有内存完成分配，或者不可扩展，就会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区（Method Area）

与堆一样，是线程共享的内存区域，它用于存储已经被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，即使编译器编译后的代码等数据

当方法区无法满足内存分配时，将抛出OutOfMemoryError异常。

 

JVM栈（JVM Stacks）

线程私有，生命周期和线程相同，虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧，用于存储局部变量表，操作栈，动态链接，方法出口等信息。每一个方法被调用至执行完毕的过程，就是一个栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程；栈中的数据用完就消失。

局部变量存放编译器可知的各种基本数据类型(byte,int,boolean,char,short,float,double,long),对象引用。

java虚拟机规范中，如果请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出*Error异常；动态扩展时没有足够的内存也会抛出这个异常。(用递归的时候需要注意下，如果可能，使用尾递归)

哪儿的OutOfMemoryError

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

原因：对象不能被分配到堆内存中。

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

原因：类或者方法不能被加载到老年代。它可能出现在一个程序加载很多类的时候，比如引用了很多第三方的库。

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit

原因：创建的数组大于堆内存的空间。

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: request <size> bytes for <reason>. Out of swap space?

原因：分配本地分配失败。JNI、本地库或者Java虚拟机都会从本地堆中分配内存空间。

Exception in thread “main”: java.lang.OutOfMemoryError: <reason> <stack trace>（Native method）

原因：同样是本地方法内存分配失败，只不过是JNI或者本地方法或者Java虚拟机发现

 

下面讲解下堆和栈的区别

栈是运行单位，堆是存储单位

堆(对象)：

引用类型的变量，其内存分配在堆上或者常量池(字符串常量，基本数据类型常量),需要通过new等方式创建。

堆内存的主要作用是存放运行时new创建的对象。(主要用于存放对象，存取速度慢，可以运行时动态分配内存，生存期不需要提前确定)。

栈(基本数据类型变量，对象的引用变量):

 

基本数据类型的变量（int、short、long、byte、float、double、boolean、char等）以及对象的引用变量，其内存分配在栈上，变量出了作用域就会自动释放。

栈内存的主要作用是存放基本数据类型和引用变量。栈的内存管理是通过栈的"后进先出"模式来实现的。(主要用来执行程序，存取速度快，大小和生存期必须确定，缺乏灵活性)

来看看如何创建对象、创建对象的过程：

创建对象的根本途径是构造器，通过new关键字来调用某个类的构造器即可创建这个类的实例。但对象不是完全由构造器来负责创建的，实际上，当程序员调用构造器时，系统会先为该对象分配内存空间，并为这个对象执行默认初始化，这个对象已经产生了---这些是在构造器执行之前就完成的，也就是说，当系统开始执行构造器的执行体之前，系统已经创建了一个对象，只是这对象还不能被外部程序访问，只能在构造器中通过this来引用。当构造器的执行体执行结束后，这个对象作为构造器的返回值被返回，通常还会赋给另外一个引用类型的变量，从而让外部程序可以访问。（当然可以通过设置构造器的访问权限private，阻止其他类创建该类的实例）

下图是堆和栈关联的图

下面来看段代码：

public static void main(String[] args) {
    Test t = new Test();
	Test t1 = new Test();
	System.out.println(t == t1);
	t = t1;
	System.out.println(t == t1);
}

输出：false  true

原因是因为t和t1变量是分别new的，对象在堆中分配的内存地址是不一样的，地址指向t，t1后也是不一样的，然后将t1赋值给t后，说白了是把t1对应的堆中的内存地址指向t，这样t对应的堆中的对象就没有引用，垃圾回收器会自动回收；t的地址变为t1，所以t和t1后面才会相等。

注：以上有些内容来自于网上，自己搜集整理，加上自己的理解。