JVM内存区域详解

JVM内存模型总体架构图

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。
虚拟机栈
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：

本地方法区
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。

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。可以分为新生代和老年代(tenured)。
新生代用于存放刚创建的对象以及年轻的对象，如果对象一直没有被回收，生存得足够长，老年对象就会被移入老年代。
新生代又可进一步细分为eden、survivorSpace0(s0,from space)、survivorSpace1(s1,to space)。刚创建的对象都放入eden,s0和s1都至少经过一次GC并幸存。如果幸存对象经过一定时间仍存在，则进入老年代(tenured)。

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

垃圾回收算法

标记-清除算法(Mark-Sweep)
从根节点开始标记所有可达对象，其余没标记的即为垃圾对象，执行清除。但回收后的空间是不连续的。

复制算法(copying)
将内存分成两块，每次只使用其中一块，垃圾回收时，将标记的对象拷贝到另外一块中，然后完全清除原来使用的那块内存。复制后的空间是连续的。复制算法适用于新生代，因为垃圾对象多于存活对象，复制算法更高效。在新生代串行垃圾回收算法中，将eden中标记存活的对象拷贝未使用的s1中，s0中的年轻对象也进入s1，如果s1空间已满，则进入老年代；这样交替使用s0和s1。这种改进的复制算法，既保证了空间的连续性，有避免了大量的内存空间浪费。

标记-压缩算法(Mark-compact)
适合用于老年代的算法（存活对象多于垃圾对象）。
标记后不复制，而是将存活对象压缩到内存的一端，然后清理边界外的所有对象。

JVM参数：

-XX:+PrintGCDetails  打印垃圾回收信息

-Xms 为Heap区域的初始值，线上环境需要与-Xmx设置为一致，否则capacity的值会来回飘动
-Xmx 为Heap区域的最大值
-Xss（或-ss） 线程栈大小（指一个线程的native空间）1.5以后是1M的默认大小
-XX:PermSize与-XX:MaxPermSize  方法区（永久代）的初始大小和最大值（但不是本地方法区）
-XX:NewRatio  老年代与新生代比率
-XX:SurvivorRatio  Eden与Survivor的占用比例。例如8表示，一个survivor区占用 1/8 的Eden内存，即1/10的新生代内存，为什么不是1/9？因为我们的新生代有2个survivor，即S1和S22。所以survivor总共是占用新生代内存的 2/10，Eden与新生代的占比则为 8/10。
-XX:MaxHeapFreeRatio  GC后，如果发现空闲堆内存占到整个预估的比例小于这个值，则减小堆空间。
-XX:MinHeapFreeRatio  GC后，如果发现空闲堆内存占到整个预估的比例大于这个值，则增大堆空间。
-XX:NewSize    新生代大小

JVM区域总体分两类，heap区和非heap区:

heap区又分：Eden Space（伊甸园）、Survivor Space(幸存者区)、Tenured Gen（老年代-养老区）。
非heap区又分：Code Cache(代码缓存区)、Perm Gen（永久代）、Jvm Stack(Java虚拟机栈)、Local Method Statck(本地方 法栈)。

 HotSpot虚拟机GC算法采用分代收集算法：
（1）、一个人（对象）出来（new 出来）后会在Eden Space（伊甸园）无忧无虑的生活，直到GC到来打破了他们平静的生活。GC会逐一问清楚每个对象的情况，有没有钱（此对象的引用）啊，因为GC想赚钱呀，有钱的才可以敲诈嘛。然后富人就会进入Survivor Space（幸存者区），穷人的就直接kill掉。
（2）、并不是进入Survivor Space（幸存者区）后就保证人身是安全的，但至少可以活段时间。GC会定期（可以自定义）会对这些人进行敲诈，亿万富翁每次都给钱，GC很满意，就让其进入了Genured Gen(养老区)。万元户经不住几次敲诈就没钱了，GC看没有啥价值啦，就直接kill掉了。
（3）、进入到养老区的人基本就可以保证人身安全啦，但是亿万富豪有的也会挥霍成穷光蛋，只要钱没了，GC还是kill掉。

分区的目的：
新生区由于对象产生的比较多并且大都是朝生夕灭的，所以直接采用标记-清理算法。而养老区生命力很强，则采用复制算法，针对不同情况使用不同算法。

非heap区域中Perm Gen中放着类、方法的定义，jvm Stack区域放着方法参数、局域变量等的引用，方法执行顺序按照栈的先入后出方式。

下面我们对每一个内存区域做详细介绍。 

Eden Space字面意思是伊甸园，对象被创建的时候首先放到这个区域，进行垃圾回收后，不能被回收的对象被放入到空的survivor区域。

Survivor Space幸存者区，用于保存在eden space内存区域中经过垃圾回收后没有被回收的对象。Survivor有两个，分别为To Survivor、 From Survivor，这个两个区域的空间大小是一样的。执行垃圾回收的时候Eden区域不能被回收的对象被放入到空的survivor（也就是To Survivor，同时Eden区域的内存会在垃圾回收的过程中全部释放），另一个survivor（即From Survivor）里不能被回收的对象也会被放入这个survivor（即To Survivor），然后To Survivor 和 From Survivor的标记会互换，始终保证一个survivor是空的。

 
Eden Space和Survivor Space都属于新生代，新生代中执行的垃圾回收被称之为Minor GC（因为是对新生代进行垃圾回收，所以又被称为Young GC），每一次Young GC后留下来的对象age加1。注：GC为Garbage Collection，垃圾回收。

Old Gen老年代，用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象，也有可能是新生代分配不了内存的大对象会直接进入老年代。经过多次垃圾回收都没有被回收的对象，这些对象的年代已经足够old了，就会放入到老年代。当老年代被放满的之后，虚拟机会进行垃圾回收，称之为Major GC。由于Major GC除并发GC外均需对整个堆进行扫描和回收，因此又称为Full GC。

heap区即堆内存，整个堆大小=年轻代大小 + 老年代大小。堆内存默认为物理内存的1/64(<1GB)；默认空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制，可以通过MinHeapFreeRatio参数进行调整；默认空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制，可以通过MaxHeapFreeRatio参数进行调整。

下面我们来认识下非堆内存（非heap区） 
Code Cache代码缓存区，它主要用于存放JIT所编译的代码。CodeCache代码缓冲区的大小在client模式下默认最大是32m，在server模式下默认是48m，这个值也是可以设置的，它所对应的JVM参数为ReservedCodeCacheSize 和 InitialCodeCacheSize，可以通过如下的方式来为Java程序设置。

-XX:ReservedCodeCacheSize=128m
1
1

CodeCache缓存区是可能被充满的，当CodeCache满时，后台会收到CodeCache is full的警告信息，如下所示： 

      “CompilerThread0” java.lang.OutOfMemoryError: requested 2854248 bytes for Chunk::new. Out of swap space?

注：JIT编译器是在程序运行期间，将Java字节码编译成平台相关的二进制代码。正因为此编译行为发生在程序运行期间，所以该编译器被称为Just-In-Time编译器。

Perm Gen全称是Permanent Generation space，是指内存的永久保存区域，因而称之为永久代。这个内存区域用于存放Class和Meta的信息，Class在被 Load的时候被放入这个区域。因为Perm里存储的东西永远不会被JVM垃圾回收的，所以如果你的应用程序LOAD很多CLASS的话，就很可能出现PermGen space错误。默认大小为物理内存的1/64。