JVM 内存知识总结

本文主要参考内容：

1. JVM 内存模型：

程序计数器寄存器（The pc Register）

程序计数器寄存器一块较小的内存，它的作用可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。任一时刻一个处理器只会执行一条线程中的指令，为了线程切换

后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器。如果方法不是native的，程序计数器寄存器包含了当前执行的JVM指令的地址，如果方法是 native

的，程序计数器寄存器的值不会被定义（Undefined）。

Java虚拟机栈

当线程激活一个Java方法,JVM就会在线程的 Java堆栈里新压入一个帧。这个帧自然成为了当前帧.在此方法执行期间,这个帧将用来存储局部变量表、操作栈、动态链接、

方法出口等信息。局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型）。栈

以帧为单位保存线程的状态。JVM对栈只进行两种操作:以帧为单位的压栈和出栈操作。栈(Stack)是操作系统在建立某个进程时或者线程(在支持多线程的操作系统中是线

程)为这个线程建立的存储区域，该区域具有先进后出的特性。

当嵌套方法调用时，嵌套越深，stack的内存就越晚才能释放，因此，在实际开发过程中，不推荐大家使用递归来进行方法的调用，递归很容易导致stack flow。

当线程请求的栈深入超过虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverFlowError异常，若虚拟机动态扩展后仍无法请求到足够的内存，则抛出OutOfMemoryError异常。

本地方法栈

本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是

为虚拟机使用到的Native方法服务。

堆

Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例和数组都在这里分配内存。

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆”（Garbage Collected Heap，幸好国内没翻译成“垃圾堆”）。如果从内存回收的角度看，由于现在

收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。

如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

方法区

方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然

Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。

Java虚拟机规范对这个区域的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集

行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般

来说这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分区域的回收确实是有必要的。

常量池（运行时常量池？）

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool

Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。一般来说，除了保存Class文件中描述的符号引用外，还

会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。运行时常量池相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java语言并不要求常量一定只能在编译期产生，

也就是并非预置入Class文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中。既然运行时常量池是方法区的一部分，自然会受到方法区内

存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

存放字符串常量和基本类型常量（public static final）

对象的生成

最普通的程序行为，但即使是最简单的访问，也会却涉及Java栈、Java堆、方法区这三个最重要内存区域之间的关联关系，如下面的这句代码：

　　　　　　　　　　Object obj = new Object();

假设这句代码出现在方法体中，那“Object obj”这部分的语义将会反映到Java栈的本地变量表中，作为一个reference类型数据出现。而“new Object()”这部分的语

义将会反映到Java堆中，形成一块存储了Object类型所有实例数据值（Instance Data，对象中各个实例字段的数据）的结构化内存，根据具体类型以及虚拟机实现

的对象内存布局（Object Memory Layout）的不同，这块内存的长度是不固定的。另外，在Java堆中还必须包含能查找到此对象类型数据（如对象类型、父类、实

现的接口、方法等）的地址信息，这些类型数据则存储在方法区中。

年轻代中的GC

HotSpot JVM把年轻代分为了三部分：1个Eden区和2个Survivor区（分别叫from和to）。默认比例为8：1,为啥默认会是这个比例，接下来我们会聊到。一般情况下，新创建的对象都会被分配到Eden区(一些大对象特殊处理),这些对象经过第一次Minor GC后，如果仍然存活，将会被移到Survivor区。对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，年龄就会增加1岁，当它的年龄增加到一定程度时，就会被移动到年老代中。

因为年轻代中的对象基本都是朝生夕死的(80%以上)，所以在年轻代的垃圾回收算法使用的是复制算法，复制算法的基本思想就是将内存分为两块，每次只用其中一块，当这一块内存用完，就将还活着的对象复制到另外一块上面。复制算法不会产生内存碎片。

在GC开始的时候，对象只会存在于Eden区和名为“From”的Survivor区，Survivor区“To”是空的。紧接着进行GC，Eden区中所有存活的对象都会被复制到“To”，而在“From”区中，仍存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向。年龄达到一定值(年龄阈值，可以通过-XX:MaxTenuringThreshold来设置)的对象会被移动到年老代中，没有达到阈值的对象会被复制到“To”区域。经过这次GC后，Eden区和From区已经被清空。这个时候，“From”和“To”会交换他们的角色，也就是新的“To”就是上次GC前的“From”，新的“From”就是上次GC前的“To”。不管怎样，都会保证名为To的Survivor区域是空的。Minor GC会一直重复这样的过程，直到“To”区被填满，“To”区被填满之后，会将所有对象移动到年老代中。

一个对象的这一辈子

我是一个普通的java对象，我出生在Eden区，在Eden区我还看到和我长的很像的小兄弟，我们在Eden区中玩了挺长时间。有一天Eden区中的人实在是太多了，我就被迫去了Survivor区的“From”区，自从去了Survivor区，我就开始漂了，有时候在Survivor的“From”区，有时候在Survivor的“To”区，居无定所。直到我18岁的时候，爸爸说我成人了，该去社会上闯闯了。于是我就去了年老代那边，年老代里，人很多，并且年龄都挺大的，我在这里也认识了很多人。在年老代里，我生活了20年(每次GC加一岁)，然后被回收。

垃圾回收动作何时执行？

当年轻代内存满时，会引发一次普通GC，该GC仅回收年轻代。需要强调的时，年轻代满是指Eden代满，Survivor满不会引发GC
当年老代满时会引发Full GC，Full GC将会同时回收年轻代、年老代
当永久代满时也会引发Full GC，会导致Class、Method元信息的卸载

常用的调优参数。

1.堆大小

-Xms和-Xmx用于指定堆大小，我们需要将他们俩设置为一样的值，以避免在GC后重新调整堆的大小。

2.年轻代大小

-XX:NewSize=?和–XX:MaxNewSize=?，年轻代大小建议设置为堆大小的1/3或者1/4,两个值大小一样。设置年轻代大小相当重要，如果年轻代设置小了，那么一些可以生存周期短的对象可能被移到年老代，导致Full GC，而设置太大，也会引起stop the world。

3.方法区大小

-XX:PermSize=256m和-XX:MaxPermSize=256m，方法区大小不会影响性能，只要你设置的值保证应用不报OOM之类的错误即可。

4.GC日志

-Xloggc:$CATALINA_BASE/logs/gc.log、-XX:+PrintGCDetails、-XX:+PrintGCDateStamps，尽可能多的记录一些GC日志，这样可以全面的分析系统行为。

5.GC算法

-XX:+UseParNewGC、-XX:+CMSParallelRemarkEnabled、-XX:+UseConcMarkSweepGC、 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75，这只是一般系统中经常用的参数，你还需要根据你的系统情况选择最适合你的系统。

6.堆快照

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError和-XX:HeapDumpPath=$CATALINA_BASE/logs。

7.OOM发生之后的操作

OOM后关闭服务器：-XX:OnOutOfMemoryError=$CATALINA_HOME/bin/stop.sh

OOM后重启服务器： -XX:OnOutOfMemoryError=$CATALINA_HOME/bin/restart.sh