JVM内存模型以及内存分配示例

JVM内存模型总体架构图



通过另一种形式画出来更好理解

JAVA堆

线程共享的,存放所有对象实例和数组。垃圾回收的主要区域。所有通过new创建的对象的内存都在堆中分配，堆的大小可以通过-Xms(初始堆大小)和-Xmx(最大堆大小)来控制。堆被划分为新生代和旧生代，新生代又被进一步划分为Eden和Survivor区，最后Survivor由From Space和To Space组成，结构图如下所示：


新生代。新建的对象都是用新生代分配内存，Eden空间不足的时候，会把存活的对象转移到Survivor中，新生代大小可以由-Xmn来控制，也可以用-XX:SurvivorRatio来控制Eden和Survivor的比例
旧生代。用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象
持久带（Permanent Space）实现方法区，主要存放所有已加载的类信息，方法信息，常量池等等。可通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来指定持久带初始化值和最大值。Permanent Space并不等同于方法区，只不过是Hotspot JVM用Permanent Space来实现方法区而已，有些虚拟机没有Per-Xmx:最大堆内存,如：-Xmx512m-Xms:初始时堆内存,如：-Xms256m-XX:MaxNewSize:最大年轻区内存-XX:NewSize:初始时年轻区内存.通常为 Xmx 的 1/3 或 1/4。新生代 = Eden + 2 个 Survivor 空间。实际可用空间为 = Eden + 1 个 Survivor，即 90%-XX:MaxPermSize:最大持久带内存-XX:PermSize:初始时持久带内存-XX:+PrintGCDetails。打印 GC 信息 -XX:NewRatio 新生代与老年代的比例，如 –XX:NewRatio=2，则新生代占整个堆空间的1/3，老年代占2/3 -XX:SurvivorRatio 新生代中 Eden 与 Survivor 的比值。默认值为 8。即 Eden 占新生代空间的 8/10，另外两个 Survivor 各占 1/10manent Space而用其他机制来实现方法区。

栈

线程私有的，与线程在同一时间创建。管理JAVA方法执行的内存模型。每个方法执行时都会创建一个桢栈来存储方法的的变量表、操作数栈、动态链接方法、返回值、返回地址等信息。栈的大小决定了方法调用的可达深度（递归多少层次，或嵌套调用多少层其他方法，-Xss参数可以设置虚拟机栈大小）。栈的大小可以是固定的，或者是动态扩展的。如果请求的栈深度大于最大可用深度，则抛出stackOverflowError；如果栈是可动态扩展的，但没有内存空间支持扩展，则抛出OutofMemoryError。
使用jclasslib工具可以查看class类文件的结构。下图为栈帧结构图 每个线程执行每个方法的时候都会在栈中申请一个栈帧，每个栈帧包括局部变量区和操作数栈，用于存放此次方法调用过程中的临时变量、参数和中间结果。

-xss:设置每个线程的堆栈大小. JDK1.5+ 每个线程堆栈大小为 1M，一般来说如果栈不是很深的话， 1M 是绝对够用了的。

本地方法栈和虚拟机栈功能相似，但管理的不是JAVA方法，是本地方法，本地方法是用C实现的 ，用于支持native方法的执行，存储了每个native方法调用的状态方法区线程共享的，用于存放被虚拟机加载的类的元数据信息：如常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。也成为永久代。如果hotspot虚拟机确定一个类的定义信息不会被使用，也会将其回收。回收的基本条件至少有：所有该类的实例被回收，而且装载该类的ClassLoader被回收。存放了要加载的类信息、静态变量、final类型的常量、属性和方法信息。JVM用持久代（Permanet Generation）来存放方法区，可通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来指定最小值和最大值程序计数器
多线程时，当线程数超过CPU数量或CPU内核数量，线程之间就要根据时间片轮询抢夺CPU时间资源。因此每个线程有要有一个独立的程序计数器，记录下一条要运行的指令。线程私有的内存区域。如果执行的是JAVA方法，计数器记录正在执行的java字节码地址，如果执行的是native方法，则计数器为空。JVM运行原理 示例package com;

public class JVMTestCase {

public static String className = "JVMTestCase";

private int var = 5;

// 常规静态方法
public static String runStaticMethod() {
return className;
}

// 非静态方法
public int runNonStaticMethod(int parameter) {
int methodVar = this.var * parameter;
return methodVar;
}

public static void main(String args){

JVMTestCase.runStaticMethod();

JVMTestCase jct = new JVMTestCase();
jct.runNonStaticMethod(3);

}

}


看 JVM 是如何运行的，也就是输入 java JVMShow 后，我们来看 JVM 是如何处理的：
     第 1 步 、向操作系统申请空闲内存。JVM 对操作系统说“给我 64M（随便模拟数据，并不是真实数据） 空闲内存”，于是，JVM 向操作系统申请空闲内存作系统就查找自己的内存分配表，找了段 64M 的内存写上“Java 占用”标签，然后把内存段的起始地址和终止地址给 JVM，JVM 准备加载类文件。
     第 2 步，分配内存内存。JVM 分配内存。JVM 获得到 64M 内存，就开始得瑟了，首先给 heap 分个内存，然后给栈内存也分配好。
     第 3 步，文件检查和分析class 文件。若发现有错误即返回错误。
     第 4 步，加载类。加载类。由于没有指定加载器，JVM 默认使用 bootstrap 加载器，就把 rt.jar 下的所有类都加载到了堆类存的Method Area，JVMShow 也被加载到内存中。我们来看看Method Area区域，如下图：（这时候包含了 main 方法和 runStaticMethod方法的符号引用，因为它们都是静态方法，在类加载的时候就会加载）



Heap 是空，Stack 是空，因为还没有对象的新建和线程被执行。
      第 5 步、执行方法。执行 main 方法。执行启动一个线程，开始执行 main 方法，在 main 执行完毕前，方法区如下图所示：
（public final static String ClASS_CONST = "I'm a Const";  ）



     在 Method Area 加入了 CLASS_CONST 常量，它是在第一次被访问时产生的（runStaticMethod方法内部）。
 
     堆内存中有两个对象 object 和 showcase 对象，如下图所示：（执行了JVMShowcase showcase=new JVMShowcase();  ）



为什么会有 Object 对象呢？是因为它是 JVMShowcase 的父类，JVM 是先初始化父类，然后再初始化子类，甭管有多少个父类都初始化。
 
在栈内存中有三个栈帧，如下图所示：



于此同时，还创建了一个程序计数器指向下一条要执行的语句。
 
第 6 步，释放内存。释放内存。运行结束，JVM 向操作系统发送消息，说“内存用完了，我还给你”，运行结束。