浅谈JVM内存模型

Posted 2020-12-31 missofaugust

JAVA虚拟机在执行JAVA程序的时候，会把它管理的内存分成若干不同的数据区域，每个区域都有各自的用途。目前大致把JVM内存模型划分为五个区域：程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈，堆和方法区。

 

程序计数器

程序计数器（ProgramCounterRegister）是当前线程所执行的字节码的行号指示器。这句话理解起来有点拗口，打个比方，我看书看到一半的时候突然接到领导电话”XX啊，线上那个项目出BUG了,赶紧来公司加个班解决！“，这时书没看完啊怎么办？我会在当前页夹个书签，以便下次再看的时候接着上次看的地方往下读。而程序计数器就是这样一个作用。我们的CPU多线程处理能力有限，常规的CPU也就是4核8线程，表示同一时间段最多能同时处理8个线程。而我们的程序往往是几百上千个线程在跑。所以不得不采用线程之间来回切换的形式来执行程序。程序计数器就是线程的”书签“，用来记录当前线程执行到方法的哪一步，以便下次线程切回来的时候从上次执行的内存地址继续执行。程序计数器是线程私有的，各个线程之间的计数器互不影响，独立存储。程序计数器也是唯一在Java 虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError 的区域。

ps:JVM还有个东西叫方法计数器，是用来记录方法执行次数的，用于JIT。当方法执行次数达到阈值的时候，JVM会判定该方法为热点方法，从而将该方法编译为机器码，从而提高执行效率，两者概念别搞混淆了。

虚拟机栈

 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）与程序计数器一样，也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。我们JAVA程序中的所有线程都被它管理。线程是什么？网上这种概念一找一大堆，我的理解很简单，线程就是方法的执行者，java程序中所有方法只能被线程执行。一个用户请求过来就创建了一个线程，一直到请求回应这个线程生命也走到了尽头。该请求在我们的服务端执行了哪些操作都是在这个线程中实现的，线程每执行一个方法就会创建一个栈帧，栈帧用来存储当前方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法从被调用至返回的过程, 就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

在Java 虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度（如循环嵌套/死循环），将抛出StackOverflowError 异常；如果虚拟机栈无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError 异常。ps:普通线程大概消耗1M左右的内存，如果项目中线程数过多也会导致在该区域内存溢出，抛出OutOfMemoryError 异常。所以项目中能用线程池就用线程池限制和维护线程数量。

本地方法栈

 本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈非常类似，只不过虚拟机栈为虚拟机执行Java 方法服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的native 方法服务。我们看JDK源码的时候经常看到有的方法前面有native修饰，这些都是本地方法，由非JAVA语言实现。

示例如下

package java.lang;
public class Object{
private static native void registerNatives();
...
...
public final native Class<?> getClass();
public native int hashCode();
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;
public final native void notify();
...
}

与 虚拟机栈类似，本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError 异常。以前项目中遇到过这种场景，遍历获取服务器某个目录下面所有文件夹和文件的时候抛出OutOfMemoryError 异常，提示是native方法报错。这时候别被native误导，native方法轻易不抛异常，就算抛异常也是我们打开方式有误，结合场景推测应该是有大文件在该目录下从而导致内存溢出，然后果然找到了大文件。

Java 堆

JAVA堆(Heap)是JVM内存管理中区域最大一块，也是GC垃圾回收器最活跃的区域，我们所有对象的生命周期都在堆里面。由于堆里面所有数据都是对虚拟机栈中所有线程共享，所以会造成并发编程的时候线程不安全的问题，这个我们先不讨论。现代GC主要采用的是分代回收的策略，将我们的堆主要划分为新生代(Eden区、From Survivor区和To Survivor区)和老年代。新生代就像炼狱，里面的对象朝生暮死,每分每秒都在煎熬，熬不下去就game over被扔到GC的销毁队列挨个销毁，熬下去了就跑到老年代去颐享天年。JVM默认配置一个对象如果经历了15次GC回收都还存活的话，就转移到老年代，特殊的大对象（如数组）除外。根据Java 虚拟机规范的规定，当JAVA堆无法满足内存分配需求时，将会抛出OutOfMemoryError 异常。ps:老年代不会轻易GC，但是老年代空间有限的情况下如果空间满了，则会促使GC来次大扫除--FULL GC,FULL GC是非常影响性能的，因为在执行FULL GC的时候，其他所有线程都不得不停下来等待，也就是所谓的STOP THE WORLD,一个好的JVM配置，基本不会出现 FULL GC的情况。

方法区

方法区（Method Area）存放虚拟机加载的类信息，静态变量，常量等数据。根据Java 虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError 异常。同堆一样，方法区也是对所有线程共享的。 JDK1.8之前，大家习惯于把方法区称之为”永久代“，这是因为HotSpot 虚拟机的设计团队选择把GC 分代收集扩展到了方法区，但是为了跟堆区分出来又取了一个别名叫非堆。1.8以后用”元空间“取代了永久代的概念，元空间不再是jvm内存的一部分，而是直接在于本机内存中。而将常量池移到堆中。

 

希望这篇文章能给大家一些提示。