JVM内存模型

JVM不仅承担了Java字节码的分析（JIT compiler）和执行（Runtime），而且还内置了自动内存管理机制，负责内存的分配与回收。

JVM自动内存管理机制虽然有诸多好处，但其实是把双刃剑，它在提升Java开发效率的同时，也容易使开发人员过度依赖于这个机制，从而弱化对内存的管理能力。这样系统就很容易发生JVM堆内存异常、垃圾回收（GC）方式不合适以及GC次数过于频繁等问题，这些都将直接影响到应用服务器的性能。因此，在进行JVM调优前，需要深入了解JVM内存原理。

在深入了解JVM内原理前，我们先来看看JVM的内存模型。JVM内存主要被划分为了堆、方法区、程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈。

一、堆（Heap）

堆，是JVM内存中最大的一块空间，该空间被所有线程共享，几乎所有的对象和数组都被分配到了堆中。堆被划分为新生代和老年代，新生代又被进一步划分为Eden区和Survivor区，而Survivor又是由From Survivor和To Survivor组成的。

在Java6中，永久代在非堆内存区：

在Java7中，永久代的静态变量和运行时常量池被合并到了堆中：

在java8中，永久代则被元空间所取代：

二、方法区

方法区，主要用来存放已经被虚拟机加载的类相关信息，这些信息源自class文件，其中主要包含类信息和常量池。

方法区也是一个共享内存区，被所有线程共享，当两个线程试图访问方法区中的同一个类信息时，如果这个类还没有装入JVM，那么此时就只允许一个线程去加载它，另一个线程必须等待。

注：很多开发者习惯将方法区称为“永久代”，其实这两者并不是等价。

在HotSpot虚拟机中使用了永久代来实现方法区，但在其它类型的虚拟机中，例如，Oracle的JRockit、IBM的J9就不存在永久代一说。需要知道的是，方法区只是JVM规范中的一部分，可以说，在HotSpot虚拟机中，设计人员使用了永久代实现了JVM规范的方法区。

HotSpot虚拟机，在Java7中已经将永久代中的静态变量和运行时常量池转移到了堆中，其余部分则存储在JVM的非堆内存中；而在Java8中已经将永久代去掉了，并用元空间（class metadata）代替了之前的永久代，并且元空间的存储位置位于本地内存。之前永久代中类的元数据存放在了元空间，永久代中的静态变量（class static variables）以及运行时常量池（runtime constant pool）则转移到了堆中。

此时，我们可能会有这样的疑问，Java8为什么要使用元空间替代永久代？

官方给出的解释是：

• 为了融合HotSpot JVM与JRockit VM而做出的努力。因为JRockit没有永久代，所以不需要配置永久代。
• 永久代存在诸多问题。永久代经常因内存不够用或发生内存溢出，而引发java.lang.OutOfMemoryError: PermGen异常。因为在JDK1.7版本中，指定的PermGen区大小为8M，由于PermGen中的元数据信息在每次FullGC时都可能被收集，回收率都偏低，效率很难令人满意；还有，为PermGen分配多大的空间也很难确定，PermSize的大小依赖于很多因素，比如，JVM加载的class总数、常量池的大小和方法的大小等。

三、程序计数器

程序计数器，是一块很小的内存空间，该空间由线程独占，主要用来记录线程执行的字节码地址。分支、循环、跳转、异常、线程恢复等都依赖于程序计数器。

这里，我们需要知道的是，由于Java是多线程语言，当同时执行的线程数超过CPU核数时，线程之间就会根据CPU时间片轮询争夺CPU资源。如果一个线程的时间片用完了，或者因其它原因导致这个线程的CPU资源被提前抢夺，那么这个退出的线程就需要一个单独的程序计数器，来记录下一条运行的指令。

四、虚拟机栈

虚拟机栈，是线程私有的内存空间，和Java线程一起被创建，主要用于管理Java函数的调用。当创建一个线程时，会在虚拟机栈中为这个线程申请一个线程栈，用来保存方法的局部变量、操作数栈、动态链接方法和返回地址等信息，并参与方法的调用和返回。每个方法的调用都伴随着栈帧的入栈操作，方法的返回则是栈帧的出栈操作。

五、本地方法栈

本地方法栈，也是线程私有的内存空间，主要用于管理本地方法的调用。需要注意的是，本地方法并不是用Java实现的，而是由C语言实现的。

六、小结

在这篇文章中，我们主要熟悉了JVM的内存模型，JVM的内存空间被划分为了堆、方法区、程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈。其中：

• 堆，用于存放所有的对象和数组
• 方法区，用于存放已经被虚拟机加载的类相关信息
• 程序计数器，用于保存下一条执行指令的地址
• 虚拟机栈，用于管理Java函数的调用
• 本地方法栈：用于管理本地方法的调用