JVM的简化架构和运行时数据区

JVM的简化架构

运行时数据区

包括：PC寄存器，Java虚拟机栈，Java堆，方法区，运行时常量池，本地方法栈等

PC寄存器(程序计数器)

PC(Program Counter)寄存器说明：

1. 每个线程拥有一个PC寄存器，是线程私有的，用来存储指向下一条指令的地址
2. 在创建线程的时候，创建相应的PC寄存器
3. 执行本地方法时，PC寄存器的值为undefined
4. PC寄存器是一块较小的内存空间，是唯一一个在JVM规范中没有规定OutOfMemoryError的内存区域

Java栈

1. 栈由一系列帧（Frame）组成（因此Java栈也叫做帧栈），是线程私有的
2. 帧用来保存一个方法的局部变量，操作数栈（Java没有寄存器，所有参数传递使用操作数栈），常量池指针，动态链接，方法返回值等
3. 每一次方法调用创建一个帧，并压栈，退出方法的时候，修改栈顶指针就可以把栈帧中的内容销毁
4. 局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型和引用类型，每个slot存放32位的数据，long，double占两个槽位
5. 栈的优点：存取速度比堆快，仅次于寄存器
6. 栈的缺点：存在栈中的数据大小，生存期是在编译器决定的，缺乏灵活性

Java堆

1. 用来存放应用系统创建的对象和数组，所有线程共享Java堆
2. GC主要就管理堆空间，对分代GC来说，堆也是分代的
3. 堆的优点：运行期动态分配内存大小，自动进行垃圾回收；堆的缺点：效率相对较慢

方法区

1. 方法区是线程共享的，通常用来保存装载的类的结构信息
2. 通常和元空间关联在一起，但具体的跟JVM实现和版本有关
3. JVM规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但它有一个别名称为Non-heap（非堆），应是为了与Java堆区分开

运行时常量池

1. 运行时常量池是Class文件中每个类或接口的常量池表，在运行期间的表示形式，通常包括:类的版本，字段，方法，接口等信息。
2. 运行时常量池在方法区分配
3. 通常在加载类和接口到JVM后，就创建相应的运行时常量池

本地方法栈

1. 在JVM中用来支持native方法执行的栈就是本地方法栈

栈，堆，方法区交互关系

运行期间首先有个栈，栈内存放我们的局部变量表里面的一些变量（A b），当然包括一些引用类型（user）。那么引用类型需要指向某个对象实例，对象实例肯定不在栈上存放，对象实例是存放在堆内的。那堆内创建了自己的对象，比如User对象，User对象包括两类数据：1.User类的元数据信息（这个元数据信息指向方法区，是一个句柄，一个引用）。2.实例数据。由上图看出，栈上的user变量指向了堆内的User对象，而堆内的User对象持有了User类的元数据信息。堆内的元数据信息就会去方法区去找User类的类定义，字段，方法。

Java堆内存模型

Java堆内存的概述

1. Java堆用来存放应用系统创建的对象和数组，所有线程共享Java堆
2. Java堆是在运行期动态分配内存大小，自动进行垃圾回收
3. Java垃圾回收(GC)主要就是回收堆内存，对分代GC来说，堆也是分代的

Java堆的结构

由上图看出：目前Java堆是分代的，分成两代。一个是新生代（Young Generation），由Eden Space，From Space 和 To Space共同组成。另外一个是老年代（Old Generation），由Tenured Space组成。把新创建的对象（Init Obj Alloc）放在Eden Space中，From Space 和 To Space 是存活区。老年代存放的是多次垃圾回收收不掉的一些内容，或者判断这些东西需要保存下来的一些内容，会从To Space 转到Tenured Space。另外图上的Survivor Ratio设置的是Eden Space和存活区的比列

具体看一下Java堆知识

1. 新生代用来存放新分配的对象；新生代中经过垃圾回收，没有回收掉的对象，被复制到老年代
2. 老年代存储对象比新生代存储对象的年龄大得多
3. 老年代存储一些大对象
4. 整个堆得大小 = 新生代 + 老年代
5. 新生代 = Eden + 存活区
6. 从前的持久代，用来存放Class，Method等元信息的区域，从JDK8开始去掉了，取而代之的是元空间(MetaSpace)，元空间并不在虚拟机里面，而是直接使用本地内存

堆内对象的内存布局

1. 对象在内存中存储的布局（这里以HotSpot虚拟机为例来说明），分为：对象头，实例数据和对齐填充
2. 对象头，包含两个部分：
   • Mark Word：存储对象自身的运行数据，如：HashCode，GC分代年龄，锁状态标志等
   • 类型指针：对象指向它的类元数据的指针
3. 实例数据：真正存放对象实例数据的地方
4. 对齐填充：这部分不一定存在，也没有什么特别含义，仅仅是占位符。因为HotSpot要求对象起始地址都是8字节的整数倍，如果不是，就对齐

对象的访问定位

1. 对象的访问定位：在JVM规范中只规定了reference类型是一个指向对象的引用，但没有规定整个引用具体如何去定位，访问堆中对象的具体位置
2. 因此对象的访问方式取决于JVM的实现，目前主流的有：使用句柄或使用指针两种方式
   • 使用句柄：Java堆中会划分出一块内存来做为句柄池，reference中存储句柄的地址，句柄中存储对象实例数据和类元数据的地址，如下图所示：
   • 使用指针:Java堆中会存放访问类元数据的地址，reference存储的就直接是对象的地址，如下图所示：

Java堆内存的分配参数

Trace跟踪参数

1. 可以打印GC的简要信息：-Xlog:gc
2. 打印GC详细信息：-Xlog:gc*
3. 指定GC log的位置，以文件输出：-Xlog:gc:garbage-collection.log
4. 每一次GC后，都打印堆信息：-Xlog:gc+heap=debug

GC展示的日志格式

1. GC发生的时间，也就是JVM从启动以来经过的秒数
2. 日志级别信息，和日志类型标记
3. GC识别号
4. GC类型和说明GC的原因
5. 容量：GC前容量->GC后容量（该区域总容量）
6. GC持续时间，单位秒。有的收集器会有更详细的描述，比如：user表示应用程序消耗的时间，sys表示系统内核消耗的时间，real表示操作从开始到结束的时间

Java堆的参数

1. Xms：初始堆大小，默认物理内存的1/64
2. Xmx：最大堆大小，默认物理内存的1/4
3. Xmn：新生代大小，默认整个堆的3/8
4. -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError:OOM时导出堆到文件
5. -XX:+HeapDumpPath：导出OOM的路径
6. -XX:OnOutOfMemoryError：在OOM时，执行一个脚本
7. -XX:NewRatio:老年代与新生代的比值，如果xms=xmx，且设置了xmn的情况下，该参数不用设置
8. -XX:SurvivorRatio:Eden区和Survivor区的大小比值，设置为8，则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:8,一个Survivor占整个新生的1/10

Java栈的参数

1. -Xss：通常只有几百K，决定了函数调用的深度

元空间的参数

1. -XX:MetaspaceSize：初始空间大小
2. -XX:MaxMetaspaceSize:最大空间，默认是没有限制的
3. -XX:MinMetaspaceFreeRatio：在GC之后，最小的Metaspace剩余空间容量的百分比
4. -XX:MaxMetaspaceFreeRatio:在GC之后，最大的Metaspace剩余空间容量的百分比