#JVM内存结构

JVM内存空间分为5个部分：

• 程序计数器（PC）
• Java虚拟机栈
• 本地方法栈
• 堆
• 方法区

segmentfault.com

其中，程序计数器、本地方法栈、Java虚拟机栈时线程隔离的，堆区和本地内存时线程共享的。

##程序计数器（PC）

保存当前正在执行的字节码指令地址，程序代码每执行完成一条，PC就指向下一个需要被执行的字节码。

生命周期同线程生命周期

##Java虚拟机栈

Java虚拟机栈是描述Java方法运行过程的模型。

Java虚拟机栈为每个即将运行的Java方法创建一块区域（栈帧），栈帧用于保存方法运行过程中的信息。这些信息包括（局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址），当方法运行过程中需要创建局部变量时，就将局部变量的地址的值存入栈帧中的局部变量表中。Java虚拟机栈栈顶的栈帧是当前正在执行的活动栈，保存当前正在执行的方法的相关信息，PC也会指向这个地址。

栈的大小是JVM在编译时就确定的，不可变

每一个栈帧保存以下信息：

• 局部变量表
• 操作数栈
• 动态链接
• 方法返回地址

局部变量表

存放局部变量的表，一个数字数组，用于保存方法参数，方法体局部变量，基本数据类型，对象引用，returnAddress等。

局部变量表大小以槽（shot）为单位，64位数据占用两个槽（long、double），32位占用一个槽。

操作数栈

保存计算过程中的中间结果，计算过程中变量临时存储空间

动态链接

指向运行时常量池的方法引用

方法返回地址

方法正常退出或异常退出的地址

压栈与出栈

栈顶总是当前正在执行的方法，当当前执行的方法调用另一个方法时，另一个方法会入栈执行。当一个方法执行完，该方法出栈。如果该方法有返回值，那么该方法的返回值变成新方法栈帧操作数栈中的一个操作数。

##本地方法栈

本地方法栈时JVM为Java中Native方法准备的空间。同Java虚拟机栈一样，运行时会创建栈帧。

##堆

用于保存对象的空间，（几乎）所有对象都存放在堆中。

整个堆分为三个部分，新生代和老年代和元空间，新生代又分为三个部分（Eden、From Survivor、To Survivor）

年轻代

对象创建的地方。年轻代被分为三个区域，Eden，survivor0和survivor1区，比例8:1:1。当年轻代空间已满时，会触发MinorGC。

MinorGC：（to区一直为空，如果to区有from区没有，就叫唤to区和from区）

• Eden区满，执行MinorGC，将Eden区幸存对象转移到survivor0区
• 在survivor0区执行MinorGC，检查survivor0区，再次将幸存对象转移到survivor1区
• 经过15次循环，仍然幸存的对象会被移动至老年代

老年代

年轻代存活次数较多的对象，当老年代空间满时，触发MajorGC

堆的特点：

• 线程共享，整个JVM只有一个堆，所有线程共同访问这一个堆。
• 垃圾回收的主要场所。

对象的分配过程

• 逃逸分析
  • 根据逃逸分析的结果，判断对象是否可以在栈上生成
• 判断是否为大对象
  • 如果是大对象，则在Eden区生成
• 判断是否在TLAB中分配
  • TLAB（线程本地分配缓存区）

逃逸分析

将线程私有的对象在栈上生成，该对象在线程结束时自动销毁，不需要使用GC，同时栈上分配速度更快，提高性能，但栈内存大小有限，无法存放大对象。

当对象没有逃逸时，该对象在栈上生成同时该对象也拥有以下特性：

• 锁消除

如果编译器确定该对象只在当前线程使用时，会消除该对象的同步锁。

• 标量替换

如果一个对象不逃逸，则不用创建该对象，只需要在栈上创建该对象的成员标量。

TLAB（Thread Local Allocation Buffer）

JVM为每个线程分配的私有缓冲区域，在Eden区中。

##方法区

JDK7以前方法区在堆中，又称永久代，JDK8方法区在本地内存中的元空间。

方法区保存以下信息：

• 类信息
• 常量池
• 静态变量
• 即时编译器编译后的代码

方法区线程共享，方法区中的信息需要永久保存，所以方法区又称为永久代。

方法区中有运行时常量池

Java8 变化

• 移除了永久代（PermGen），替换为元空间（Metaspace）；
• 永久代中的 class metadata 转移到了 native memory（本地内存，而不是虚拟机）；
• 永久代中的 interned Strings 和 class static variables 转移到了 Java heap；
• 永久代参数 （PermSize MaxPermSize） -> 元空间参数（MetaspaceSize MaxMetaspaceSize）

取消永久代，类型信息、字段、方法、常量保存在本地内存的元空间，但字符串常量池、静态变量仍在堆中

##直接内存（堆外内存）

#垃圾回收

##判断是否需要被回收

引用计数法

给对象添加一个引用计数器，当对象增加一个引用时计数器+1，引用失效时计数器-1，当引用计数为0时，此时该对象不被引用，可以判定为垃圾进行回收。循环依赖的对象引用计数永远不为0，引用计数法无法回收产生循环依赖的对象。

可达性分析法

以GC Roots（根对象）为起点进行搜索，能够到达的对象存活，不可到达的对象被回收。

##垃圾回收算法

标记清除

标记存活对象，清除未标记对象。

标记清除容易产生不连续内存碎片，导致无法为大对象分配内存

标记整理

标记存活对象，将存活对象向内存的一端移动，清除剩余未标记的对象。

复制算法

将内存空间分为两块，每次创建对象时只使用一块区域，当一块区域满之后，将这块区域上存活的对象全部复制到另一块内存，清除一块内存中所有对象。

复制算法在hotspot虚拟机上的应用在于，将堆内存分为了三分Eden区和两个survivor区，比例为8:1:1。每次使用Eden区和一个survivor区，内存利用率90%。垃圾回收时，先将Eden区和survivor0区对象复制到另一个survivor1区，在清除Eden区和survivor0区。

分代收集

堆内存被分为年轻代和老年代，在年轻代使用复制算法，在老年代使用标记清除和标记整理算法。

##MinorGC、MajorGC、FullGC

• 部分收集（MinorGC和MajorGC）
  • 分为MinorGC和MajorGC，区域在年轻代和老年代
• 整堆收集（FullGC）
  • 在堆和方法区收集

FullGC触发条件：

• 调用了System.gc()方法
• 老年代空间不足
• 空间分配担保失败

#内存分配策略

• 对象优先在Eden区分配：Eden区空间不足时进行MinorGC
• 大对象在老年代生成
• 长期存活对象移动到老年代：对象在Eden区每经过一次MinorGC年龄+1，年龄到达一定则移动到老年代
• 动态判定对象年龄：如果在 Survivor 中相同年龄所有对象大小的总和大于 Survivor 空间的一半，则年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代
• 空间分配担保：执行MinorGC前，确定老年代最大连续可用空间是否大于Eden区所有存活对象大小总和，再执行MinorGC，如果不是则执行FullGC

#类的加载过程

加载 -> 验证 -> 准备 -> 解析 -> 初始化 -> 使用 -> 卸载

• 加载：查找并加载类的二进制数据
• 验证：确保被加载的类正确
  • 文件格式验证
  • 元数据验证
  • 字节码验证
  • 符号引用验证
• 准备：静态变量分配内存，并赋值
• 解析：将常量池内的符号引用替换为直接引用
• 初始化

#类加载器

• 启动类加载器：Bootstrap ClassLoader
• 扩展类加载器：Extension ClassLoader
• 应用程序类加载器：Appliacation ClassLoader

#类加载机制

• 全盘负责：当加载某个类时，同时加载该类所依赖和引用的类
• 父类委托：优先使用父类加载器，父类加载器无法使用，再尝试从自己类路径中加载类
• 缓存机制：缓存所有加载过的类，要使用某个类时，先从缓存中获取，没有在加载
• 双亲委派机制：加载一个类时，将加载请求委托给父加载器完成，依次向上，直到传递到定增启动类加载器中。如果父加载器未找到需要的类，无法完成加载时，再使用子加载器加载。

##双亲委派机制加载过程

1. 当AppClassLoader加载一个class时，将类加载请求委托给父类加载器ExtClassLoader。
2. ExtClassLoader加载class时，将类加载请求委托给BootStrapClassLoader（启动类加载器）。
3. 如果BootStrapClassLoader加载失败，使用ExtClassLoader加载。
4. 如果ExtClassLoader加载失败，使用AppClassLoader加载。如果失败则报出ClassNotFoundException。