技术问答集锦（15）JVM内存模型

1 JVM组成结构？

JVM = 类加载器(classloader) + 执行引擎(execution engine) + 运行时数据区域(runtime data area)

2 JVM运行时数据区域？

3 什么是程序计数器？

1. 当前线程所执行的字节码的行号指示器；
2. 线程私有，生命周期与线程相同；
3. 在虚拟机的概念模型里，字节码解释器工做时就是 经过改变这个计数器的值来选取下一条须要执行的字节码指令，如：分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复（多线程切换）等基础功能；
4. 若是线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；若是正在执行的是Natvie方法，这个计数器值则为空（undefined）；
5. 程序计数器中存储的数据所占空间的大小不会随程序的执行而发生改变，因此此区域不会出现OutOfMemoryError的状况；

4 什么是虚拟机栈？

1. 描述的是Java方法执行的内存模型，每一个方法被执行的时候都会同时建立一个 栈帧（Stack Frame） 用于存储 局部变量表、操做栈、动态连接、方法出口 等信息。每个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
2. 线程私有，生命周期与线程相同；
3. 局部变量表存放了编译期可知的各类基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型）；它不等同于对象自己，根据不一样的虚拟机实现，它多是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能指向一个表明对象的句柄或者其余与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。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，这个方法须要在栈帧中分配多大的局部变量空间是彻底肯定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
4. 该区域可能抛出如下异常：
   1. 当线程请求的栈深度超过最大值，会抛出 StackOverflowError 异常；
   2. 栈进行动态扩展时若是没法申请到足够内存，会抛出 OutOfMemoryError 异常；

5 什么是本地方法栈？

1. 为虚拟机使用到的 Native 方法服务；
2. 线程私有，生命周期与线程相同；
3. 虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用的方式与数据结构并无强制规定，所以具体的虚拟机能够自由实现它。甚至有的虚拟机（譬如Sun HotSpot 虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一；
4. 与虚拟机栈同样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常；

6 什么是堆？

1. 在虚拟机启动时建立，用来存放对象实例，几乎全部的对象实例都在这里分配内存；
2. 被全部线程共享；
3. Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，所以不少时候也被称作“GC堆”。若是从内存回收的角度看，因为如今收集器基本都是 采用的分代收集算法，因此Java堆中还能够细分为：新生代和老年代；新生代又有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间三部分；
4. Java 堆不须要连续内存，而且能够经过动态增长其内存，增长失败会抛出 OutOfMemoryError 异常；

7 什么是方法区？

1. 用于存放 已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码 等数据；
2. 被全部线程共享；
3. 对这块区域进行垃圾回收的主要目标是 对常量池的回收和对类的卸载，可是通常比较难实现，HotSpot 虚拟机把它当成永久代（Permanent Generation）来进行垃圾回收；
4. 和 Java 堆同样不须要连续的内存，而且能够动态扩展，动态扩展失败同样会抛出 OutOfMemoryError 异常；

8 什么是运行时常量池？

1. 运行时常量池是方法区的一部分；
2. Class 文件中的常量池（编译器生成的各类字面量和符号引用）会在类加载时被放入这个区域；
3. 除了 在编译期生成的常量，还容许动态生成，例如 String 类的 intern()。这部分常量也会被放入运行时常量池；

在 JDK1.7以前，HotSpot 使用永久代实现方法区；HotSpot 使用 GC 分代实现方法区带来了很大便利；

从 JDK1.7 开始 HotSpot 开始移除永久代。其中符号引用（Symbols）被移动到 Native Heap中，字符串常量和类引用被移动到 Java Heap中。

在 JDK1.8 中，永久代已彻底被元空间(Meatspace)所取代。元空间的本质和永久代相似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。所以，默认状况下，元空间的大小仅受本地内存限制。

9 什么是直接内存？

1. 直接内存（Direct Memory）并非虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，可是这部份内存也被频繁地使用，并且也可能致使OutOfMemoryError 异常出现。
2. 在 JDK 1.4 中新加入了 NIO 类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的 I/O方式，它能够 使用 Native 函数库直接分配堆外内存，而后经过一个存储在 Java 堆里的 DirectByteBuffer 对象做为这块内存的引用进行操做。这样能在一些场景中显著提升性能，由于避免了在Java 堆和 Native 堆中来回复制数据。