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JVM内存管理

发表于 2018-04-04 更新于 2024-11-24 分类于 JVM
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记录 Java中的堆与栈究竟是什么，JVM在计算机物理内存中是如何工作的

计算机内存结构

计算机中存在不同类型的内存包括：RAM，CPU寄存器，缓存CACHE等

物理内存

物理内存一般指的是RAM与存储器，CPU与RAM或寄存器通信依靠的是地址总线。总线的宽度决定了CPU与内存间通信的数据量。如32位的地址总线寻址范围为：0x00000000~0xffffffff，即2³²个内存位置，每个内存位置会引用一个字节，所以2³² byte = 4GB，计算机的内存是通过操作系统进行分配的，不同进程申请到的内存是逻辑上隔离的

虚拟内存

操作系统按照进程管理内存的申请，进程间各自内存由操作系统保证独立性，独立性不表示一个内存空间只能由一个进程使用。虚拟内存使得不同进程间可以共享内存空间，然而逻辑上不同进程是不能互相访问内存的。当一个进程不活动的情况下，操作系统会将这个进程中的数据移动到磁盘文件中（Windows中的页面文件或者Linux中的swap区），当不活跃进程恢复则操作系统会把磁盘数据重新交换到物理内存中（磁盘IO开销远大于读内存，应该避免频繁的内存交换），而真正高效的内存留给活跃进程使用。若Linux中的swap区活跃度较高说明物理内存的已经不足，swap区被频繁使用会导致系统运行缓慢。虚拟内存提高了内存利用率，而且能够扩展内存的地址空间，如虚拟内存映射到物理内存、文件、其他存储设备上

内核空间与用户空间

内核空间：只要是操作系统运行时使用的用于程序调度、连接硬件资源等的操作逻辑

用户空间：程序真正能够使用的申请地址空间

通常网络传输的数据一般从内核空间传送到远端计算机的内核空间，然后将数据从内核空间复制到用户空间供用户使用，这种数据COPY是很耗时的（内核态到用户态的切换

JMM内存模型

JMM是JVM针对物理内存抽象出来的Java内存模型，是JVM在计算机内存中的工作方式。JVM按照Java运行时数据的存储结构定义Java内存模型

PC寄存器

PC寄存器用来保存当前线程正常执行的程序的内存地址，当多线程交叉中断执行时线程能够按照之前中断时的指令继续执行

Java栈区

Java中的栈区与线程相关联，栈主要用来执行程序。JVM为每个新建线程创建栈区，栈区各线程不共享。栈区由多个栈帧组成，栈帧包含方法局部变量、操作栈、返回值等信息。每当程序进入方法都会创建一个栈帧（入栈，方法执行完毕后栈帧会弹出（出栈，弹出的栈帧元素为返回值存入操作栈中。PC寄存器指向活动栈帧（栈区顶部

堆

堆是Java对象存储的位置，由JVM动态开辟、自动回收，堆是Java运行时的数据区。堆是Java线程共享的区域，多线程访问存在一致性问题.堆区结构

堆的组成

Young区：Java新创建的对象都在Eden区，当Eden区满后会触发minor GC 将Eden区存活的对象复制到其中一个Survivor区，另一个Survivor区同样将存活对象复制到这个Survivor区，始终保证有一个Survivor区空置

Old区：Old区存储的是minor GC后 Yong区仍然存活的对象。当Eden区满后将对象复制到Survivor区。^1.若Survivor空间不总则对象会被放置到Old区。^2.若Survivor区中经过多次minor GC 存在存活多次的“老”对象，也直接放置在Old区。Old区满后将触发Full GC

Metaspace区：JDK1.8将Perm区移除取而代之为Metaspace区，Metaspace区为native memory

不同堆区大小设置

1	java -Xms100M -Xmx200M -Xmn100M -Xss256K -XX:MetaspaceSize=200M -XX:MaxMetaspaceSize=400M

-Xms100M : 设置JVM初始堆内存大小

-Xmx200M : 设置JVM最大分配的堆内存

-Xmn100M : 设置Young区大小

-XX:NewRatio=4 : 设置Young区与Old区的比值，Young区：Old区 = 1:4

-XX:SurvivorRatio=4 : 设置Eden区与Survivor区的比值，From：To：Eden区 = 1:1:4

-XX:MetaspaceSize=200M : 设置Metaspace区初始大小

-XX:MaxMetaspaceSize=400M : 设置Metaspace区最大值（若未设置则JVM会动态调整，无上限

-Xss256K : 设置每个线程栈大小

方法区

Metaspace区是方法区的实现，主要存放类的结构信息、方法体、常量池、接口初始化，构造函数等，方法区的大小在程序启动一段时间基本就固定了，JVM已经加载了程序所需的类信息，若存在对类的动态编译则需要关注方法区的大小

运行常量池

常量池是方法区的一部分，常量池代表运行时每个class文件中的常量表，常量表包括：方法、域的引用（运行时会进行解析指向真实地址、编译期的数字常量。每个class或interface常量池都是在创建class或interface时创建的

本地方法栈

本地方法栈是 ^1.JVM调用本地方法（C或C++实现的方法）时的栈空间。^2.JVM利用JIT技术时会将Java代码重新编译为本地代码，编译后的代码会利用本地方法栈追踪方法的执行

内存分配策略

静态内存分配：在程序编译阶段就已经确定每个数据在运行是的存储空间（java中的基本类型、对象引用，递归、嵌套结构会导致编译阶段无法确认程序运行存储空间大小

栈内存分配：程序对数据区的需求在编译时是未知的，只有运行时才能知道，但是在程序入口处必须知道该程序所需的数据区大小才能够为其分配内存，栈内存按照先进后出原则进行分配

堆内存分配：只有在程序真正运行到相应的代码时才知道空间的大小

The only way to fix things is to keep reliving them. - Colter Stevens

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