JAVA JVM运行时数据区详解

目录

• 一、前言
• 二、运行时数据区整体概架构
• 三、程序计数器
• 四、虚拟机栈
• 1、栈的特点
• 2、栈帧的内部结构
• 3、局部变量表
• 4、操作数栈
• 5、动态链接
• 6、方法返回地址
• 五、本地方法栈
• 六、堆
• 1、设置堆大小的参数
• 2、对象分配过程
• 3、堆中的GC
• 4、内存分配策略
• 5、什么是TLAB
• 6、堆是分配对象存储的唯一选择吗？
• 七、方法区
• 1、方法区概述
• 2、设置方法区内存大小
• 3、如何解决OOM问题？
• 4、方法区存储什么
• 5、方法区的演进细节
• 6、方法区的GC
• 总结

一、前言

这是JVM系列文章的第三篇，这篇文章将对整个JVM运行时数据区和GC垃圾回收详细的介绍。这部分也算是JVM的核心内容了。

二、运行时数据区整体概架构

以下是自己的一句话总结：

分为线程私有和线程共享的两大类，其中程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈是属于线程私有的，堆内存及方法区内存是线程共享的。程序计数器主要是记录字节码指令，CPU上下文切换线程，从一个线程切换到另一个线程，需要知道线程执行到哪一步，所以记录这个指令就是很有必要的，程序计数器无OOM和GC的发生。虚拟机栈里面是一个个栈帧，每一个栈帧对应着每一个方法，栈帧又是由局部变量表、操作数栈、方法返回值地址、动态链接组成。虚拟机栈可能会发生栈溢出异常，即starkoverflow本地方法栈是存放本地方法相关的东西；堆是一块很大的空间，整体分为2大块，新生代和老年代，新生代又分了Eden区、S0区、S1区，垃圾回收主要发生在新生代，每一个区对应不同的垃圾回收算法；方法区保存的是一些常量、类的基本信息等，方法区对应的实现在JDK7中是永久代，在JDK8中是元空间。

三、程序计数器

用来储存指向下一条指令的地址，是线程私有的，生命周期和线程的生命周期一致。

四、虚拟机栈

虚拟机栈是线程私有的，内部保存一个个栈帧，每一个栈帧对应一个Java方法的调用，生命周期和线程的生命周期保持一致。先来看看栈的特点。

1、栈的特点

栈是运行时的单位，而堆是存储的单位。栈的特点是先进后出，后进先出。

可以通过参数-Xss来设置栈空间大小

2、栈帧的内部结构

3、局部变量表

是一个数字数组，主要用于存储方法参数和定义在方法内的局部变量，这些数据类型包括各类基本数据类型，对象引用等，所需的容量大小是在编译期确定下来的，在方法运行期间是不会改变局部变量表大小的。

关于Slot的理解：

静态变量和局部变量的区别：

总结：

在栈帧中，与性能关系最为密切的就是局部变量表，在方法执行时，虚拟机使用局部变量表完成完成方法的传递，局部变量表中的数据也是可达性分析中的GC Root，如果一个对象在局部变量表中还有引用，那么根绝可达性分析算法，这个变量就不属于垃圾对象，是不会被GC回收的。

4、操作数栈

操作数栈是栈中栈，也可称为表达式栈，在方法执行过程中，根据字节码指令，往栈中写入数据或提取数据，即入栈和出栈。主要用于保存计算过程的中间结果。操作数栈，可以看成是临时寄存器，计算过程中变量的临时保存

5、动态链接

方法重写的本质

6、方法返回地址

存放调用该方法的PC寄存器的值

五、本地方法栈

管理本地native本地方法，是线程私有的，所谓的本地方法，其实就是一些非Java语言写的代码，这部分代码甚至可以和操作系统CPU进行打交道。

六、堆

堆是内存管理的核心区域，是线程共享的，属于JVM级别，也就是一个JVM实例就会有一个堆空间，注意的是虽然堆整体上是线程共享的，但是在内部有一小块空间是线程私有的缓存区TLAB。

几乎所有的对象实例都是在堆中，堆是GC垃圾回收的重点区域。堆整体可以分为新生代和老年代，新生代又分为Eden区和S0和S1区。

新生代和老年代的比例是1：2，Eden区和s0，s1区所占空间比例是8：1：1

1、设置堆大小的参数

-Xms：用于表示堆区的起始内存，默认情况下，占物理内存大小的64分之一。

-Xmx用于表示堆区的最大内存，默认情况下，占物理内存的四分之一。

通常起始内存和最大内存两个参数设置成一样，目的是为了GC清理完堆区内存后不需要重新分隔
计算堆区的大小，从而提高性能。
查看设置的参数：
方式一：jps(查看进程）
            jstat -gc 进程id
方式二：-xx:+printGCDetails

2、对象分配过程

这里s0和s1谁是空的谁就是to，年龄计数器阈值是15，YGC是在Eden区满的时候会触发，s0和s1满的时候不会触发YGC，YGC会将s区以及伊甸园区一起GC

关于垃圾回收，频繁在新生区收集，很少在养老区收集，几乎不在永久区/元空间收集。

Visualvm是JVM常用调优工具，在JDK的bin下就可以打开

3、堆中的GC

年轻代（Minor GC）触发机制

老年代GC（Major GC/Full GC）触发机制

Full GC 触发机制

4、内存分配策略

5、什么是TLAB

TLAB表明堆不一定是共享的。

6、堆是分配对象存储的唯一选择吗？

如果经过逃逸分析，一个对象并没有逃逸出方法的话，那么就有可能被优化成栈上分配。

逃逸分析手段：

注意：JDK6U23版本后，HotSpot默认已经开启逃逸分析。所以我们得出一个结论，开发中能使用局部变量的，就不要使用在方法外定义。JDK7后字符串常量池和静态变量存储在堆中

七、方法区

方法区可以看做是一块独立于堆的内存空间，是线程共享的，主要存储类信息、运行时常量池等，也会发生OOM，JDK8前成为永久代，JDK8成为元空间。（元空间和永久代最大的区别是，元空间不再使用JVM内存，而是使用了本地内存技术）

1、方法区概述

2、设置方法区内存大小

3、如何解决OOM问题？

4、方法区存储什么

5、方法区的演进细节

6、方法区的GC

总结

本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注我们的更多内容！