JVM(4)—執行時資料區

阿新 • • 發佈：2020-08-25

JVM(4)—執行時資料區

執行時資料區的組成

執行緒私有

程式計數器：儲存執行緒的執行位置。
虛擬機器棧：儲存Java方法呼叫與執行過程的資料。
本地方法棧：儲存本地方法的執行資料。

執行緒共享

堆：主要儲存物件。
方法區：儲存描述類/方法/欄位等定義資料。
執行時常量區：儲存常量資料。

程式計數器

記錄當前執行緒所即將執行的位元組碼指令行號（即將要執行哪一行位元組碼指令）。
每一個執行緒擁有自己的計數器。
執行native本地方法時，程式計數器值為空。
佔用記憶體極少，不會出現OOM（Out Of Memory Error）。
多執行緒時，CPU時間片切換後，程式計數器可以告訴CPU當前程式執行到了什麼位置。

虛擬機器棧

每一個棧幀對應了一個方法，每次方法呼叫都會產生對應的棧幀。
虛擬機器棧生命週期與執行緒相同，所有方法執行完後，虛擬機器棧就被銷燬了，執行緒也結束了。
執行緒私有。
不會被垃圾回收。
棧深度（棧幀的數量，3個棧幀棧深度就是3）有限制。1.5後預設每一個執行緒的棧空間為1mb，之前256k。-Xss數值決定了棧的記憶體大小，決定棧的最大深度。
棧設定了固定大小（推薦）可能會發生 StackOverflowError：達到上限。

棧可以動態擴充套件可能會發生 OutOfMemoryError：可用記憶體不足。

棧幀的組成

區域性變量表：區域性變數

運算元棧：儲存中間計算的臨時結果
動態連結：將符號引用轉為直接引用
返回地址：存放呼叫方法的程式計數器的值

區域性變量表

按定義順序儲存方法的引數與方法內的區域性變數。
執行緒私有，方法呼叫被建立，方法退出時銷燬。
編譯期間長度已經確定，區域性變數元資料儲存在位元組碼中。
是棧幀中最主要的儲存空間，決定了棧的深度。
儲存區域性變數的單位為Slot（變數槽）。構造方法和例項方法中，0號槽位預設是this，指向當前類的例項。靜態方法中沒有this關鍵字。
32位以內的型別（int/float/char/引用型別...）佔1個Slot，64位型別（long/double）佔2個Slot。

（Start PC：位元組碼指令起始行號，給區域性變數分配槽。Length：位元組碼指令作用了x行，釋放槽）

槽複用：將原本空閒出來的槽複用給新來的區域性變數，來縮小區域性變量表的尺寸。

運算元棧

位元組碼指令在執行過程中的中間計算結果儲存在運算元棧中。

push壓入運算元棧、store_1將運算元棧棧頂數值存入區域性變量表的1號槽中、load_1讀取區域性變量表1號槽中的值壓入運算元棧、add將運算元棧棧頂與第二個的值取出相加放入運算元棧棧頂、return將運算元棧棧頂數值取出返回。

64位資料型別佔2個運算元棧空間。

動態連結

將儲存在位元組碼中的符號引用轉為執行時記憶體的直接引用。記憶體指標，指向方法區中方法的元資料。

方法返回地址

儲存該方法呼叫者的程式計數器的值，用於方法執行後後續執行。

本地方法棧

native本地方法

native本地方法就是Java呼叫非Java程式碼的介面。

定義native本地方法時，不需要提供方法的實現。

native本地方法可以呼叫其他語言介面實現對作業系統更底層的操作。

native本地方法棧

HotSpot將本地方法棧與虛擬機器棧合二為一。

堆

存放執行時例項化的物件例項。new 出來的物件。
JVM啟動時就建立，堆記憶體也被分配。是JVM記憶體主要佔用區域。
執行緒共享。堆記憶體在物理上可以分散，在邏輯上連續。
堆中包含執行緒私有的緩衝區（TLAB）用於提高JVM的併發處理效率。

JDK1.8 堆結構

新生代：用來存放新生的物件，該區域物件會被頻繁GC。
老年代：新生代中的穩定物件放入老年代，該區域不會特別頻繁GC。
元空間：記憶體的永久儲存區域，主要存放類、方法的描述資訊（元資料），幾乎不GC。

設定堆的引數

設定堆空間大小引數

-Xms 設定堆空間（新生代+老年代）的初始記憶體大小。
-Xmx 設定堆空間（新生代+老年代）的最大記憶體大小。

預設堆空間大小

初始記憶體大小：物理電腦記憶體大小 / 64
最大記憶體大小：物理電腦記憶體大小 / 4

新生代與老年代的佔用比例

新生代佔用1/3記憶體。
老年代佔用2/3記憶體。

手動設定堆空間

-Xms1g -Xmx1g
建議將初始堆記憶體與最大堆記憶體設為相同的值。
建議Xms與Xmx的值為老年代FillGC後存活物件的3-4倍。
-XX:+PrintGCDetails

物件分配

絕大數剛建立的物件會存入新生代的Eden伊甸園區。
Eden伊甸園區與S0/S1的記憶體比例為 8:1:1 。

Eden滿時，會對年輕代進行垃圾回收，稱為MinorGC。MinorGC的執行過程（複製交換演算法）：

掃描Eden、From、To區域所有物件。
在Eden區中如果物件可達（有引用），就給此物件添加個age=1的屬性，將此物件複製到To區。
在From區中如果物件可達，就給此物件age的值加1，將此物件複製到To區。
清空Eden區與From區所有物件，From區變To區，To區變From區。
當n次MinorGC後，物件的age超過了15（閾值），物件會從From區晉升到老年區。

MinorGC/FullGC/MajorGC

任何GC都會出發STW（Stop The World，全域性停頓）。
MinorGC只針對年輕代回收，執行效率高。
FullGC，全堆回收，針對年輕代、老年代、方法區全面收集，執行效率低下，會導致系統長時間停滯，減少FullGC次數是JVM優化重點。
MajorGC，只針對老年代回收，CMS垃圾收集器才會存在MajorGC。

GC日誌分析

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 8192K->1000K(9216K)] 8192K->6792K(60416K), 0.0027928 secs] [Times: user=0.06 sys=0.03, real=0.00 secs] 

// GC : 不加型別預設為MinorGC
// (Allocation Failure) : 產生GC的原因，Eden空間分配不足
// PSYoungGen : GC的範圍是年輕代
// 8192K->1000K(9216K) : GC前年輕代佔用的空間->GC後年輕代佔用的空間(年輕代總空間)，MinorGC後只有To區域有物件。
// 8192K->6792K(60416K) : GC前堆佔用的空間->GC後堆佔用的空間(堆總空間)
//  0.0027928 secs : 本次GC使用時間

為什麼年輕代總空間是9216K，而不是10240K?

答：年輕代組成是1個Eden和2個Survivor，只一個Survivor存放物件，所以總空間為Eden空間8192+1個Survivor空間1024=9216.

方法區

執行緒共享，物理上可以分散儲存，邏輯為整體的記憶體區域。
儲存了類載入資訊、類資訊（包含欄位、方法）、即時編譯器編譯後的程式碼快取、常量、靜態變數（1.6版本以前）
方法區只是個概念，具體實現看JVM的不同的廠商。HotSpot的方法區實現為永久代(1.7版本)，元空間(1.8版本)。

永久代與元空間的區別

規範說明方法區是堆的邏輯部分，但實現與堆記憶體無關，稱為“非堆”。
永久代是jdk7和之前版本的方法區實現。
- 特點：佔用JVM記憶體儲存資料，-XX:MaxPermSize有上限，載入的類太多會容易記憶體溢位，與其他JVM實現不一致。
元空間是jdk8之後的方法區實現。
- 特點：使用本地記憶體儲存資料，最大為可用實體記憶體，與其他JVM實現一致。