深刻JVM内存区域管理，值得你收藏

JDK和JRE和JVM的关系

JDK(Java Development Kit)是程序开发者用来来编译、调试java程序用的开发工具包

JRE(JavaRuntimeEnvironment，Java运行环境)，也就是Java平台。全部的Java 程序都要在JRE下才能运行。普通用户只须要运行已开发好的java程序，安装JRE便可

JVM(JavaVirtualMachine，Java虚拟机)是JRE的一部分。它是一个虚构出来的计算机，是经过在实际的计算机上仿真模拟各类计算机功能来实现的。JVM有本身完善的硬件架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具备相应的指令系统

JVM内存区域

本文的讲解都从这个图一一开始，你脑海里先试着回忆一下这个几个区域的概念，是独享的仍是共享的？每一个区域都存储了什么？哪些区域会被垃圾回收？哪些区域会抛出OOM?哪些区域会抛出SOF?如何避免

什么是JVM运行时数据区域？

Java虚拟机定义了在程序执行期间使用的各类运行时数据区域。其中一些数据区域是在Java虚拟机启动时建立的，仅在Java虚拟机退出时才被销毁。其余数据区域是每一个线程的。建立线程时建立每一个线程的数据区域，并在线程退出时销毁每一个数据区域。

堆内存

堆内存中存储的是全部类实例和数组的内存，在虚拟机启动时建立，虚拟机结束时销毁，归还给操做系统，堆内存中对象的销毁都JVM自行管理(垃圾收集器)，当程序建立对象的愈来愈多时而且这些对象都没法被回收时，这个区域会抛出OOM异常，而且堆内存是全部线程共享的，因此当多个线程操做堆内存的数据时会有并发问题，要加锁。

栈内存

栈分为虚拟机栈和本地方法栈，首先栈是线程安全的，栈内存随线程建立而建立，随线程销毁而销毁，栈内存是不须要垃圾回收器进行回收的。线程栈的大小能够是在虚拟机启动时指定固定大小，也能够是自行计算动态扩容的。当指定大小时，线程栈的内存随着使用而不足时JVM抛出StackOverFlowError,当不指定大小时，线程栈动态扩容时若是没有足够的内存不足，JVM将会抛出OOM错误。

虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型，每一个方法在执行时会建立一个栈帧用于存储放法局部变量表，操做数栈，动态连接，出口信息，以下图，整个栈帧是先入后出。

局部变量表存放了编译器可知的各类基本数据类型，对象引用（不包含成员变量）每一个局部变量表占用32位（4个字节），因此long和double会占用两个局部变量表，其它类型占用一个，哪怕byte虽然只有8位，也占用一个局部变量表，局部变量表所需的内存在编译期就已经肯定了也就是进入这个方法时就已经肯定了，运行期间不会更改.

操做数栈则存储方法内一些进行了运算操做后的结果.

动态连接,在方法内调用接口，经过字面量连接到具体的实现类，实现Java的动态特性.

出口地址（返回地址），return或者发生Exception等。

本地方法栈虚拟机栈类似，都是线程私有的，安全的,区别就是虚拟机为虚拟机栈执行Java服务（字节码服务），而本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务,本地方法栈中使用的语言，使用方式，数据结构没有强制要求。

程序计数器

Java程序是多线程执行的，当一个线程执行字节码时，忽然CPU切换到另外一个线程，那么上一个线程执行的上下文信息怎么保存呢？等到下次再切换到这个线程，从哪里开始执行呢？这些信息都须要在线程切换时记录，这就是程序计数器的职责，是每一个线程私有的，线程安全的，因线程建立而建立，因线程销毁而销毁，程序计数器其实就是一小块内存。

程序计数器指向当前线程所执行的字节码所在的行号，记录着当前程序运行到哪了字节码解释器的工做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。分支，循环，跳转，异常处理，线程回复等都须要依赖这个计数器来完成

若是一个线程执行一个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;若是正在执行的是一个本地方法，这个计数器的值则为undefine，此内存区域是惟一一个在Java的虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError异常状况的区域

元数据区

默认状况下，类元数据只受可用的本地内存限制。新参数（MaxMetaspaceSize）用于限制本地内存分配给类元数据的大小。若是没有指定这个参数，元空间会在运行时根据须要动态调整，

这个区域也是会发生GC的，垃圾回收将在元数据使用达到“MaxMetaspaceSize”参数的设定值时进行，适时地监控和调整元空间对于减少垃圾回收频率和减小延时是颇有必要的。若是的元空间持续的发生GC说明可能存在类、类加载器致使的内存泄漏或是大小设置不合适，若是这个空间使用达到了MaxMetaspaceSize，但GC没法回收(全部的类信息都是有用的,因此没法回收)，也会发生OOM错误。

String常量池已经从方法区(jdk8之前的叫法)中的运行时常量池分离到堆中了，不在元数据中。

Metaspace由两部分组成：Klass MetaSpace 和 NoKlass MetaSpace，Klass表明的是
class文件在jvm中运行时的数据结构，NoKlass专门用来存储Klass相关的其它数据，好比Method和ConstantPool。

回答刚开始的问题

用一段代码分析JVM内存的存储

new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        test();
    }
    public void test(){
        Object obj = new Object();
    }
}).start();

上面这段代码很简单，启动了一个线程，线程的run方法中调用了test方法，test方法中建立一个Objet对象，一块儿来看一下这段代码涉及的JVM内存哪些区域，分别存储了什么。

首先建立了一个线程，那么这个线程对应的私有的虚拟机栈内存确定被分配，这个线程的代码执行中对应的程序计数器内存确定被分配，由于没有涉及到本地方法，全部本地栈内存不会分配，并且虚拟机栈内存是在编译器就肯定的。

Test方法执行时，建立一个Object对象，咱们知道obj是一个引用(reference)类型，因此obj保存在Java栈的本地变量表中，而在Java堆中会保存该引用的实例化对象，Java堆中还必须包含能查找到此对象类型数据的地址信息(如对象类型、父类、实现的接口,方法等)这些类型数据则保存在元数据区域中。通常对象引用到对象实例和对象类型指向有两种方法，一种是句柄池方式，一种是直接指针方式。这两种对象的访问方式各有优点，使用句柄访问方式的最大好处就是reference中存放的是稳定的句柄地址，在对象的移动（垃圾收集时移动对象是很是广泛的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference自己不须要修改。使用直接指针访问方式的最大好处是速度快，它节省了一次指针定位的时间开销。目前Java默认使用的HotSpot虚拟机采用的即是是第二种方式进行对象访问的，下面用两张图来表述一下这两种方式。

这张图是句柄池方式

这张图是直接指针方式

关于基本数据类型和引用类型的分配

基本数据类型包括 int short long bolean等，引用类型就是咱们常见的对象，那么这两种数据类型内存中是怎么分配的呢？这个得区别看待，咱们根据下面代码来分析

class  Dog {
    private int age;
}
class Test{
    public void test(){
        Dog dog = new Dog();
        dog.age = 2;
        int age = 1;
        Integer age = new Integer(3);
    }
}

在Test类中的test方法中，咱们建立了一个Dog对象，这个对象实例是分配在堆上的,dog这个引用是在栈上的，dog中的age在哪里呢？由于Dog对象实例是在堆上的，全部他的成员变量也是在堆上的。 int age这个变量是栈上的，由于它是局部变量，而且是基本数据类型，Integer age实例是在堆上的，引用是在栈上的，根据这个例子，能够总结下面两条基本黄金法则

1. 引用类型老是被分配到“堆”上。
2. 值类型老是分配到它声明的地方：    a. 做为引用类型的成员变量分配到“堆”上    b. 做为方法的局部变量时分配到“栈”上

总结

本文详细介绍了JVM内存区域的各个状况，也就是JVM内存模型，也解答了一些常见的面试题和内存分配相关的一些问题，但愿可以帮助到读者更好的了解到JVM，可能会有人有些疑问，为何不说堆内存的分代(年轻代，年老代)问题呢？我认为这个属于JVM垃圾回收的方位，分代思想只是解决垃圾收回问题的一种方法，同理，Java8中G1的region也是同样，都是为了解决垃圾回收效率和性能问题，会放在JVM垃圾回收一文来讲。