JVM学习笔记：Java运行时数据区域
JVM執行Java程序的過程中，會使用到各種數據區域，這些區域有各自的用途、創建和銷毀時間。根據《Java虛擬機規范》，JVM包括下列幾個運行時數據區域，如下圖所示：
其中紅色部分是線程私有的，即每個線程各自都有自己的一份。綠色部分是各個線程共享的。
1.PC寄存器（The pc Register）
（1）每一個Java線程都有一個PC寄存器。
（2）PC寄存器是用于存儲每個線程下一步將執行的JVM指令，如該方法為native的，則PC寄存器中不存儲任何信息。
（3）此內存區域是唯一一個在JVM Spec中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。
2.JVM棧（Java Virtual Machine Stacks）
（1）JVM棧是線程私有的，每個線程創建的同時都會創建JVM棧，與程PC寄存器一樣，JVM棧的生命周期也是與線程相同。
（2）JVM棧中存放的為當前線程中局部基本類型的變量（Java中定義的八種基本類型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double）、部分的返回結果以及Stack Frame，非基本類型的對象在JVM棧上僅存放一個指向堆上的地址。
（3）在JVM Spec中對這個區域規定了兩種異常狀況：如果線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果JVM棧可以動態擴展（JVM Spec中允許固定長度的JVM棧），當擴展時無法申請到足夠內存則拋出OutOfMemoryError異常。
（4）由于JVM棧是線程私有的，因此其在內存分配上非常高效，并且當線程運行完畢后，這些內存也就被自動回收。
3.本地方法棧（Native Method Stacks）
（1）本地方法棧與JVM棧所發揮作用是類似的，只不過JVM棧為虛擬機運行JVM原語服務，而本地方法棧是為虛擬機使用到的Native方法服務。它的實現的語言、方式與結構并沒有強制規定，甚至有的虛擬機（譬如Sun Hotspot虛擬機）直接就把本地方法棧和JVM棧合二為一。
（2）和JVM棧一樣，這個區域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。
4.方法區（Method Area）
（1）別名叫做Non-Heap（非堆）。
（2）方法區域存放了所加載的類的信息（名稱、修飾符等）、類中的靜態變量、類中定義為final類型的常量、類中的Field信息、類中的方法信息，當開發人員在程序中通過Class對象中的getName、isInterface等方法來獲取信息時，這些數據都來源于方法區域。
（3）方法區域是全局共享的，在一定的條件下它也會被GC，當方法區域需要使用的內存超過其允許的大小時，會拋出OutOfMemory的錯誤信息。
（4）在Sun JDK中這塊區域對應的為Permanet Generation，又稱為永久代，默認為64M，可通過-XX:PermSize以及-XX:MaxPermSize來指定其大小。
5.運行時常量池（Runtime Constant Pool）
（1）類似C中的符號表，存放的為類中的固定的常量信息、方法和Field的引用信息等，其空間從方法區域中分配。
（2）Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，還有一項信息是常量表(constant_pool table)，用于存放編譯期已可知的常量，這部分內容將在類加載后進入方法區（永久代）存放。但是Java語言并不要求常量一定只有編譯期預置入Class的常量表的內容才能進入方法區常量池，運行期間也可將新內容放入常量池（最典型的String.intern()方法）。
（3）運行時常量池是方法區的一部分，自然受到方法區內存的限制，當常量池無法在申請到內存時會拋出OutOfMemoryError異常。
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6.Java堆（Java Heap）
Java堆是被所有線程共享的，在虛擬機啟動時創建。它是JVM用來存儲對象實例以及數組值的區域，絕大部分的對象實例都在這里分配。在逃逸分析和標量替換優化技術出現后，并不是所有的對象實例都是在這里分配，但我們可以粗略地認為Java中所有通過new創建的對象的內存都在此分配。Heap中的對象的內存需要等待GC進行回收。
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大小通過-Xms和-Xmx來控制，-Xms為JVM啟動時申請的最小Heap內存（默認為物理內存的1/64但小于1G），-Xmx為JVM可申請的最大Heap內存（默認為物理內存的1/4）。默認當空余堆內存小于40%時，JVM會增大Heap的大小到-Xmx指定的大小，可通過-XX：MinHeapFreeRatio=來指定這個比例。 默認當空余堆內存大于70%時，JVM會將Heap的大小往-Xms指定的大小調整，可通過-XX：MaxHeapFreeRatio=來指定這個比例。但對于運行系統而言，為了避免頻繁的Heap Size的調整，通常都會將-Xms和-Xmx的值設成一樣，因此這兩個用于調整比例的參數通常是沒用的。
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JVM將Heap分為New Generation和Old Generation（或Tenured Generation）兩塊來進行管理：
（1）New Generation
又稱為新生代，程序中新建的對象都將分配到新生代中，新生代又由Eden Space和兩塊Survivor Space構成，可通過-Xmn參數來指定其大小。發生在新生代的垃圾收集動作稱為Minor GC。
（2）Old Generation
又稱為舊生代（老年代），用于存放程序中經過幾次垃圾回收還存活的對象，例如緩存的對象等，舊生代所占用的內存大小即為-Xmx指定的大小減去-Xmn指定的大小。發生在老年代的垃圾收集動作成為Major?GC/Full GC。
（3）內存分配策略
a. 對象優先在Eden分配。b. 大對象直接進入老年代。c. 長期存活的對象將進入老年代。
對堆的解釋：
1）堆是JVM中所有線程共享的，因此在其上進行對象內存的分配均需要進行加鎖，這也導致了new對象的開銷是比較大的。
2）鑒于上面的原因，Sun Hotspot JVM為了提升對象內存分配的效率，對于所創建的線程都會分配一塊獨立的空間，這塊空間又稱為TLAB（Thread Local Allocation Buffer），其大小由JVM根據運行的情況計算而得，在TLAB上分配對象時不需要加鎖，因此JVM在給線程的對象分配內存時會盡量的在TLAB上分配，在這種情況下JVM中分配對象內存的性能和C基本是一樣高效的，但如果對象過大的話則仍然是直接使用堆空間分配。
3）TLAB僅作用于新生代的Eden Space，因此在編寫Java程序時，通常多個小的對象比大的對象分配起來更加高效，但這種方法同時也帶來了兩個問題，一是空間的浪費，二是對象內存的回收上仍然沒法做到像Stack那么高效，同時也會增加回收時的資源的消耗，可通過在啟動參數上增加-XX:+PrintTLAB來查看TLAB這塊的使用情況。
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參考資料
《深入java虛擬機：VM高級特性與最佳實踐》
JVM內存管理：深入Java內存區域與OOM?http://icyfenix.iteye.com/blog/802573
http://itindex.net/detail/48698-jvm-%E5%86%85%E5%AD%98
深入理解JVM—JVM內存模型 ?http://yhjhappy234.blog.163.com/blog/static/316328322011101723933875/?suggestedreading&wumii
《The Java? Virtual Machine Specification》?http://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/index.html
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轉載于:https://www.cnblogs.com/tsiangleo/p/4403781.html
總結
以上是生活随笔為你收集整理的JVM学习笔记：Java运行时数据区域的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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