JVM内存结构 - 博学无忧

前言

在Java语言开发过程中，out of memory错误是很常见的一种错误。对于JVM的内存结构有更深入的了解，更更好的帮我们排查此类问题，有效的避免此类问题发生。在JAVA 8中内存结构有进行了改变，Metaspace替代了PermGen。

内存结构简介

JVM的内存结构如下图所示：（图片来源于网络）

JVM的内存结构大概分为：
堆（heap）：线程共享，所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。回收器主要管理的对象。
方法区（MEATHOD AREA）：线程共享，存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。
PC寄存器（PC Register）：线程私有。指向下一条要执行的指令。
方法栈（JVM Stack）：线程私有、存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口，对象指针。
本地方法栈（NATIVE METHOD STACK）：线程私有。为虚拟机使用到的Native 方法服务。如Java使用c或者c++编写的接口服务时，代码在此区运行。

各区域详细说明

先看一张图，这张图能很清晰的说明JVM内存结构的布局和相应的控制参数：（图片来源于网络）

堆

堆的作用是存放对象实例和数组。堆从结构上来分，可以分为新生代和老生代。而新生代又可以分为Eden 空间、From Survivor 空间（s0）、To Survivor 空间（s1）。所有新生成的对象首先都是放在年轻代的。需要注意，Survivor的两个区是对称的，没先后关系，所以同一个区中可能同时存在从Eden复制过来对象，和从前一个Survivor复制过来的对象，而复制到年老区的只有从第一个Survivor去过来的对象。而且，Survivor区总有一个是空的。

控制参数
-Xms设置堆的最小空间大小。-Xmx设置堆的最大空间大小。-XX:NewSize设置新生代最小空间大小。-XX:MaxNewSize设置新生代最小空间大小。

垃圾回收
此区域是垃圾回收的主要操作区域。

异常情况
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。
很多人愿意把方法区称为“永久代”（Permanent Generation），本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚
拟机的设计团队选择把GC 分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已。对于其他虚拟机（如BEA JRockit、IBM J9 等）来说是不存在永久代的概念的。在Java8中永生代彻底消失了。

控制参数
-XX:PermSize 设置最小空间 -XX:MaxPermSize 设置最大空间

垃圾回收
对此区域会涉及但是很少进行垃圾回收。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。

异常情况
根据Java 虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出
OutOfMemoryError 异常。

PC计数器

它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

异常情况
此内存区域是唯一一个在Java 虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError 情况的区域。

方法栈

每个线程会有一个私有的栈。每个线程中方法的调用又会在本栈中创建一个栈帧。在方法栈中会存放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，它不等同于对象本身。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。

控制参数
-Xss控制每个线程栈的大小。

异常情况
在Java 虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：
将抛出StackOverflowError：异常线程请求的栈深度大
于虚拟机所允许的深度时抛出；
OutOfMemoryError 异常：虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出。