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1、JVM内存模型
根据jvm规范，jvm内存共分为虚拟机栈、堆、方法区、程序计算器、本地方法栈五个部分。java
一、虚拟机栈程序员
每一个线程都有一个私有的栈，随着线程的建立而建立。栈里面粗糙你这的是一种叫作“栈帧”的东西，每一个方法会建立一个栈帧，栈帧中存放了局部变量（基本数据类型和对象引用）、操做数栈、方法出口等信息。栈的大小能够固定也能够动态扩展。当栈调用深度大于jvm所容许的范围，会抛出StackOverflowError的错误，不过这个深度范围不是一个恒定的值，下面的程序能够测试一下这个结果：数组
栈溢出测试源码：jvm
package com.paddx.test.memory; public class StackErrorMock { private static int index = 1; public void call(){ index++; call(); } public static void main(String[] args) { StackErrorMock mock = new StackErrorMock(); try { mock.call(); }catch (Throwable e){ System.out.println("Stack deep : "+index); e.printStackTrace(); } } }
代码段1jsp
运行三次，能够看出每次栈的深度都是不同的，输出结果以下：性能
至于红色框里的值是怎么出来的，就须要深刻到jvm的源码中才能探讨，这里不做详细阐述。测试
虚拟机栈除了上述错误外，还有另外一种错误，那就是当申请不到空间时，会抛出OutOfMemoryError。这理由一个小细节须要注意，catch捕获的是Threowable，而不是Exception。由于StackOverflowError和OutOfMemoryError都不属于Exception的子类url
二、本地方法栈spa
这部分主要与虚拟机用到的native方法有关，通常状况下，Java应用程序员并不须要关心这部分的内容
三、PC寄存器
也叫作程序计数器。jvm支持多个线程同时运行，每一个线程都有本身的程序计数器。假若当前执行的是JVM的方法，则该寄存器中保存当前执行指令的地址；假若执行的是native方法，则pc寄存器中为空
四、堆
堆内存是jvm全部线程共享的部分，在虚拟机启动的时候就已经建立。全部的对象和数组都在堆上进行分配。这部分空间可经过GC进行回收。当申请不到空间时会抛出OutOfMemoryError。下面咱们简单的模拟一个堆内存溢出的状况：
package com.paddx.test.memory; import java.util.ArrayList; import java.util.List; public class HeapOomMock { public static void main(String[] args) { List<byte[]> list = new ArrayList<byte[]>(); int i = 0; boolean flag = true; while (flag){ try { i++; list.add(new byte[1024 * 1024]);//每次增长一个1M大小的数组对象 }catch (Throwable e){ e.printStackTrace(); flag = false; System.out.println("count="+i);//记录运行的次数 } } } }
代码段2
运行上述代码，输出结果以下：
注意，这里指定了堆内存的大小为16M，因此这个地方显示的count=14（这个数字不是固定的），至于为何会是14或其余数字，须要根据GC日志来判断，具体缘由会在下篇文章中给你们解释
五、方法区
方法区也是全部线程共享。主要用于存储类的信息、常量池、方法数据、方法代码等。方法区逻辑上属于堆的一部分，可是为了与堆进行区分，一般又叫“非堆”。关于方法区内存溢出的问题会在下文中详细探讨
2、PermGen（永久代）
绝大部分java程序员应该都见过“java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space”这个异常。这里的“PermGen space”其实指的就是方法区。不过方法区和“PermGen space”又有着本质的区别。前者是JVM的规范，然后者则是jvm规范的一种实现，而且只有HotSpot才有“PermGen space”，而对于其余类型的虚拟机，如JRockit（Oracle）、J9（IBM）并无“PermGen space”。因为方法区主要存储类的相关信息，因此对于动态生成类的状况比较容易出现永久代的内存溢出。最典型的场景就是，在jsp页面比较多的状况，容易出现永久代内存溢出。咱们如今经过动态生成类来模拟“PermGen space”的内存溢出：
package com.paddx.test.memory; public class Test { }
代码段3
package com.paddx.test.memory; import java.io.File; import java.net.URL; import java.net.URLClassLoader; import java.util.ArrayList; import java.util.List; public class PermGenOomMock{ public static void main(String[] args) { URL url = null; List<ClassLoader> classLoaderList = new ArrayList<ClassLoader>(); try { url = new File("/tmp").toURI().toURL(); URL[] urls = {url}; while (true){ ClassLoader loader = new URLClassLoader(urls); classLoaderList.add(loader); loader.loadClass("com.paddx.test.memory.Test"); } } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }
代码段4
运行结果以下：
本例中使用的JDk版本是1.7，指定的PermGen区的大小为8M。经过每次生成不一样URLClassLoader对象来加载Test类，从而生成不一样的类对象，这样就能看到咱们熟悉的“java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space”异常了。这里之因此此阿勇JDk1.7，是由于在JDK1.8中，HotSpot已经没有“PermGen space”这个区间了，取而代之的是一个叫作Metaspace（元空间）的东西。下面咱们就来看看Metaspace与PermGen space的区别
3、Metaspace（元空间）
其实，溢出永久代的工做从JDK1.7就开始了。JDK1.7中，存储在永久代的部分数据就已经转移到了Java Heap或者Native Heap。但永久代仍存在于JDK1.7中，并无彻底移除，譬如符号引用（Symbols）转移到了native heap；字面量（interned strings）转移到了java heap；类的静态变量（class statics）转移到了java heap。咱们能够经过一段程序来比较jdk1.6与jdk1.7及jdk1.8的区别，以字符串常量为例：
package com.paddx.test.memory; import java.util.ArrayList; import java.util.List; public class StringOomMock { static String base = "string"; public static void main(String[] args) { List<String> list = new ArrayList<String>(); for (int i=0;i< Integer.MAX_VALUE;i++){ String str = base + base; base = str; list.add(str.intern()); } } }
这段程序以2的指数级不断的生成新的字符串，这样能够比较快速的消耗内存。经过jdk1.六、jdk1.7和jdk1.8分别运行
jdk1.6的运行结果：
jdk1.7的运行结果：
jdk1.8的运行结果：
从上述结果能够看出，jdk1.6下，会出现“PermGen space”的内存溢出，而在JDK1.7和jdk1.8中，会出现堆内存溢出，而且jdk1.8中PermSize和MaxPermGen已经无效。所以，能够大体验证jdk1.7和1.8将字符串常量由永久代转移到堆中，而且jdk1.8中已经不存在永久代的结论。如今咱们看看元空间究竟是一个什么东西？
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的限制，但能够经过如下参数来指定元空间的大小：
-XX:MetaspaceSize，初始化空间大小，达到改值就会触发垃圾收集进行类型卸载，同时GC会对改值进行调整：若是释放了大量的空间，就适当下降该值；若是释放了不多的空间，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提升该值。
-XX:MaxMetaspaceSize，最大空间，默认是没有限制的。
除了上面两个指定大小的选项之外，还有两个与GC相关的属性：
-XX:MinMetaspaceFreeRatio，在gc以后，最小的Metaspace剩余空间容量的百分比，减小为分配空间所致使的垃圾收集
-XX:MinMetaspaceFreeRatio，在gc以后，最大的Metaspace剩余空间容量的百分比，减小为释放空间所致使的垃圾收集
如今咱们在JDK8下从新运行一下代码段4，不过此次再也不指定PermSize和MaxPermSize。而是指定MetaSpaceSize和MaxMetaSpaceSize的大小。输出结果以下：
从输出结果能够看书，此次再也不出现永久代溢出，而是出现了元空间溢出。
4、总结
经过上面分析，你们应该大体了解了JVM的内存划分，也清楚了JDK8中永久代向元空间的转换。不过你们应该都有一个疑问，就是为何要作这个转换？因此，最后给你们总结如下几点缘由：
一、字符串存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出
二、类及方法的信息等比较肯定其大小，所以对于永久代的大小指定比较困难，过小容易出现永久代溢出，太大容易致使老年代溢出
三、永久代会为GC带来没必要要的复杂度，而且回收效率偏低
四、Oracle可能会将HotSpot与JRockit合二为一