JVM内存模型

JVM（Java Virtual Machine，Java虚拟机）内存模型是Java程序在运行时进行内存分配和管理的核心机制。它定义了Java虚拟机在执行Java程序时，将程序中的数据和代码存储到计算机内存中的方式和规则。JVM内存模型的主要组成部分包括堆（Heap）、方法区（Method Area）、程序计数器（Program Counter Register）、虚拟机栈（VM Stack）和本地方法栈（Native Method Stack）。

以下是对这些组成部分的详细解释：

1. 堆（Heap）

• 定义：堆是JVM管理的最大的一块内存区域，用于存储对象实例和数组。

• 特点：

  • 堆区是线程共享的，所有线程都可以访问堆中的数据。

  • 堆内存的大小可以通过启动参数（如-Xmx和-Xms）来调整。

  • 堆内存区域按照垃圾分代收集的角度可以进一步划分为年轻代（Young Generation）和老年代（Old Generation），默认年轻代和老年代比例为1:2。年轻代又可以分为Eden区、From Survivor区和To Survivor区，默认比例为8:1:1。

  • 当堆中没有足够的内存完成实例分配时，并且堆也无法再扩展时，JVM会抛出OutOfMemoryError异常。

• 调整大小：年轻代与老年代默认为1:2，可通过-XX:NewRatio参数修改，如-XX:NewRatio=4，即为1:4。

  伊甸区和S0、S1区默认为8:1:1，可通过-XX:SurvivorRatio参数修改，如-XX:SurvivorRatio=6，通过监测发现设置，以后并不是6:1:1，这是因为Java堆的内存分配策略自动调整了，关闭内存分配策略：-XX:-UseAdaptiveSizePolicy。

2. 方法区（Method Area）

• 定义：方法区用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。其中静态变量，JDK7以后移入Java堆中，字符串常量池（JDK8移入Java堆中。

• 特点：

  • 方法区也是线程共享的。

  • 在JDK 8之前，方法区通常被称为永久代（PermGen space），但在JDK 8及以后版本中，永久代被元空间（Metaspace）所取代。

  • 方法区的大小可以通过启动参数（如-XX:MaxMetaspaceSize）来设置。

  • 当方法区无法满足新的内存分配需求时，JVM会抛出OutOfMemoryError异常。

• 调整大小：

  • 永久代（JDK1.7）

    -XX:PermSize : 永久代初始化内存，默认20.75M, -XX:PermSize=20m

    -XX:MaxPermSize: 永久代最大内存，32位虚拟机默认64M， 64位默认82M，超出时会报java.lang.OutOfMemoryError:PermaGen space

  • 元空间（JDK1.8）

    -XX:MetaspaceSize:元空间初始化内存，默认是21M

    -XX:MaxMetaspaceSize:元空间最大内存，默认是-1无限制。虽然使用直接内存，但是当无法再为Metaspace分配内存时，将会抛出java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

3. 程序计数器（Program Counter Register）

• 定义：程序计数器是线程私有的，用于存储线程当前执行的字节码指令的地址。分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖程序计数器完成。

• 特点：

  • 程序计数器是唯一一个在《Java虚拟机规范》中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

  • 它记录了线程执行的字节码指令的偏移量，是线程恢复执行时的重要信息。

4. 虚拟机栈（VM Stack）

• 定义：虚拟机栈是线程私有的，用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。

• 特点：

  • 每个方法被调用时，JVM都会同步创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储这些信息。

  • 栈帧的入栈和出栈过程对应着方法的调用和返回。

  • 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈容量可以动态扩展但无法申请到足够的内存，将抛出OutOfMemoryError异常。

• 调整大小：虚拟栈的大小可以通过-Xss参数设置，默认单位是byte，也可以使用不区分大小写k，m，g作为单位（如-Xss1m）。

5. 本地方法栈（Native Method Stack）

• 定义：本地方法栈与虚拟机栈的作用非常相似，但它是为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务。

• 特点：

  • 本地方法栈也是线程私有的。

  • 它与虚拟机栈的区别在于服务的对象不同：虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（即字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的本地方法服务。

  • 本地方法栈同样会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

综上所述，JVM内存模型通过堆、方法区、程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈等组成部分，为Java程序提供了高效、灵活的内存管理机制。这些组成部分各有其特点和作用，共同保障了Java程序的稳定运行。