JVM 内存结构基于JDK1.8【JVM篇三】

大家好，我们又见面了，我是你们的朋友全栈君。

在上一篇文章《别翻了，这篇文章绝对让你深刻理解java类的加载以及ClassLoader源码分析【JVM篇二】》中，相信大家已经对Java类加载机制有了全面的了解。那么，类加载之后，字节码数据在Java虚拟机内存中是如何存放的？Java虚拟机在为类实例或成员变量分配内存时是如何分配的？这两个问题涉及到了JVM内存结构的知识，这篇文章将为大家解答。

文章目录： 1、内存结构还是运行时数据区？ 2、运行时数据区 3、线程共享：Java堆、方法区 3.1、Java堆 3.2、JVM堆内存溢出后，其他线程是否可继续工作？ 3.3、方法区 3.4、JDK1.8之前的方法区 3.5、JDK1.8之后的方法区 3.6、JDK1.8之后的方法区为何变化如此之大？ 4、线程私有：程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈 4.1、Java虚拟机栈（JVM Stacks） 4.2、本地方法栈（Native Method Stacks） 4.3、程序计数器 5、JVM内存结构总结

1、内存结构还是运行时数据区？ 要解答本文提到的这些问题，我们首先需要了解一下Java虚拟机的内存结构。

2、运行时数据区 JVM被分为三个主要的子系统：类加载器子系统、运行时数据区和执行引擎。本文主要讲解其中的运行时数据区（Runtime Data Areas）。

在Java虚拟机规范中，定义了五种运行时数据区，分别是Java堆、方法区、虚拟机栈、本地方法区、程序计数器。

顺便提一下，运行时常量池也会进入方法区，也就是说方法区中已经包括了常量池。

3、线程共享：Java堆、方法区 我们首先来了解一下线程共享的Java堆和方法区。

3.1、Java堆 Java堆是内存空间中占用的最大一块区域，用于存放对象实例及数组，也就是说我们代码中通过new关键字创建的对象都存放在这里。因此，这里也是垃圾回收器的主要活动场所，被称为GC堆。每个JVM进程只有一个Java堆。根据垃圾回收器的规则，我们可以对Java堆进行进一步的划分，具体Java堆内存结构如下图所示：

从上图可以看出，Java堆并不是单纯的一整块区域，实际上Java堆根据对象存活时间的不同，被分为年轻代和老年代两个区域。年轻代还被进一步划分为Eden区、From Survivor 0区和To Survivor 1区。默认的虚拟机配置比例是Eden：From：To = 8:1:1。

仔细看过上面的Java堆结构图的朋友可能会发现-Xms和-Xmn的字样，这正是控制堆的JVM参数。我们可以通过JVM参数动态控制Java堆中的各空间大小。JVM的参数有很多，但常用的就那么几个，用多了很容易记住。下面我们来讲讲关于堆的常见JVM参数：

当Java堆内没有足够的空间去完成实例分配，并且堆也无法扩展时，将会抛出常见的OutOfMemoryError异常，也就是我们常说的OOM异常。

3.2、JVM堆内存溢出后，其他线程是否可继续工作？ JVM堆内存溢出后，也就是OOM异常，网上有一道非常火的面试题：JVM堆内存溢出后，其他线程是否可继续工作？

实际上这个问题需要具体场景分析。但是一般情况下，发生OOM的线程都会终止（除非代码写的太烂），该线程持有的对象占用的heap都会被GC回收，释放内存。因为发生OOM之前要进行GC，即便其他线程能够正常工作，也会因为频繁的GC产生较大的影响。

也就是说，发生OOM的线程一般情况下会死亡，也就是会被终止，该线程持有的对象占用的heap都会被GC回收，释放内存。因为发生OOM之前要进行GC，即便其他线程能够正常工作，也会因为频繁的GC产生较大的影响。

3.3、方法区 方法区（Method Area）与上面讲的Java堆一样，都是各个线程共享的，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，但它有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的是与Java堆区分开来。

3.4、JDK1.8之前的方法区 就以HotSpot虚拟机来说，在JDK1.8之前，方法区也被称作为永久代。这个方法区会发生我们常见的java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space异常，注意是永久代异常信息，我们也可以通过启动参数来控制方法区的大小。

在JDK7之前的HotSpot虚拟机中，纳入字符串常量池的字符串被存储在永久代中，因此导致了一系列的性能问题和内存溢出错误。特别突出的例子就是String的intern()方法。

3.5、JDK1.8之后的方法区 JDK8之后就没有永久代这一说法，取而代之的是元空间（meta space），而且将老年代与元空间剥离。元空间放置于本地的内存中，因此元空间的最大空间就是系统的内存空间，从而不会再出现像永久代的内存溢出错误，也不会出现泄漏的数据移到交换区这样的事情。用户可以为元空间设置一个可用空间最大值，不设置的话默认根据类的元数据大小动态增加元空间的容量。对于一个64位的服务器端JVM来说，其默认的-XX:MetaspaceSize值为21MB。也就是说，默认的元空间大小是21MB。

只要类加载器还存活，其加载的类的元数据也是存活的，不会被回收掉，也就是同生共死。

3.6、JDK1.8之后的方法区为何变化如此之大？ 做这个改变主要是基于以下两点原因：

1、由于永久代（PermGen）内存经常会溢出，引发恼人的java.lang.OutOfMemoryError: PermGen，因此JVM的开发者希望这一块内存可以更灵活地被管理，不要再经常出现这样的OOM错误。

2、移除永久代（PermGen）可以促进HotSpot JVM与JRockit VM的融合，因为JRockit没有永久代。

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4、线程私有：程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈 Java堆以及方法区的数据是共享的，但是有一些部分是线程私有的。线程私有部分可以分为：程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈三大部分。

4.1、Java虚拟机栈（JVM Stacks） 1、Java虚拟机的每一条线程都有自己私有的Java虚拟机栈，这个Java虚拟机栈与线程同时创建，因此它与线程有相同的生命周期。

2、Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每一个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在Java虚拟机栈中的入栈到出栈的过程。

3、局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用和returnAddress类型。其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用1个。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。

4、Java虚拟机栈既允许被实现成固定的大小，也允许根据计算动态扩展和收缩。如果采用固定大小的话，每一个线程的Java虚拟机栈容量可以在线程创建的时候独立选定。在Java虚拟机栈中会发生两种异常，这个在虚拟机规范中有指出：

如果线程请求分配的栈容量超过Java虚拟机栈允许的最大容量，Java虚拟机将会抛出StackOverflowError异常；也就是栈溢出错误！方法递归调用产生StackOverflowError异常这种结果。如果Java虚拟机栈可以动态扩展，并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的Java虚拟机栈，那么虚拟机将会抛出OutOfMemoryError异常。也就是OOM内存溢出错误！（线程启动过多）当然，可以通过参数-Xss去调整JVM栈的大小。

4.2、本地方法栈（Native Method Stacks） 和虚拟栈相似，只不过它服务于Native方法，线程私有。当Java虚拟机使用其他语言（例如C语言）来实现指令集解释器时，也会使用到本地方法栈。如果Java虚拟机不支持native方法，并且自己也不依赖传统栈的话，可以无需支持本地方法栈。

与Java虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

HotSpot虚拟机直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

4.3、程序计数器 当前线程所执行的字节码的行号指示器，用于记录正在执行的虚拟机字节指令地址，线程私有。

5、JVM内存结构总结 程序计数器：

Java虚拟栈：

Native方法栈：

Java堆：

方法区：

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