jvm記憶體模型-有解無憂

JVM是我們成為一名架構師必須要掌握的一個知識體系，也是我們和一般只會敲代碼的程式員特別能體現差距的地方。而JVM的資料結構基礎，也就是它的記憶體模型，是它入門的第一課。下面我將分成3個方面向大家介紹JVM記憶體模型
JVM介紹
JVM整體架構
JVM記憶體結構
JVM介紹
1.虛擬機是啥
虛擬機（Virtual Machine）指通過軟體模擬的具有完整硬體系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統。通俗的講就是用軟體模擬的一臺物理機。
很多時候，在我們需要用到多臺電腦的時候，但是手頭緊，就可以使用虛擬機模擬出新的電腦去使用。
常用的虛擬機有VMWare（一般多用模擬linux系統），Virtual Box（做App的模擬），Java Virtual Machine（JVM）
2.JVM是啥
JVM全稱是Java Virtual Machine（java虛擬機），你可以這樣理解：JVM是以java位元組碼（class檔案）為機器碼的物理機。java通過它實作了一處編譯、處處運行的豪言壯語，任何機器上只要裝了JVM，我都可以把編譯打包好的java代碼放上去運行！！！。
3.市面上的JVM
Sun HotSpot VM、BEA JRockit VM、IBM J9 VM、Azul VM、Apache Harmony、Google Dalvik VM、Microsoft JVM
這里面用的很多的有Sun HotSpot VM、BEA JRockit VM、IBM J9 VM，其中前兩個已經被Oracle收購了，后面的那個，聽說Oracle也想收購來著，可是想了想，太貴了，也就放棄了。
JVM整體架構
1.JVM的內部結構
JVM分成3個部分，如下：

類加載器：負責加載檔案存入運行時資料區
運行時資料區（記憶體結構）：負責存盤運行時的資料的地方
執行引擎：輸入位元組碼，執行相應的指令，輸出結果
我們可以把他們3者的關系看成是，CPU（執行引擎），記憶體（運行時資料區），檔案系統驅動（類加載器），首先由檔案系統的驅動（類加載器）去讀取檔案，存入記憶體（運行時資料區）中，CPU（執行引擎）通過和記憶體（運行時資料區）互動，得到計算結果。
2.運行時資料區結構
運行時資料區在java設計規范中分成了五個部分，分別是程式計數器，Java堆疊，本地方法堆疊，Java堆以及方法區，介紹如下：

程式計數器（執行緒私有）：是一個指標，指向下一條指令的地址，也就是告訴執行引擎，該執行緒下一步要執行的指令，需要空間很小
Java堆疊（執行緒私有）：Java執行緒執行方法的記憶體模型，一個執行緒對應一個堆疊，用于存盤java方法中的私有資料，它的生命周期和執行緒一致。只要執行緒一結束該堆疊就會釋放，不需要垃圾回收。
本地方法堆疊（執行緒私有）：和Java堆疊類似，本地方法（native方法），也就是早期用C/C++實作的方法也有堆疊，在Execution Engine執行時加載本地方法庫
Java堆（執行緒共有）：存盤那些對于占用地址較大，創建成本比較高的資料，也就是我們創建的物件實體。
方法區（執行緒共有）：類的所有欄位和方法位元組碼，以及一些特殊方法如建構式，介面代碼也在此定義。簡單說，所有定義的方法的資訊都保存在該區域，是類加載器存盤class檔案資訊的地方，靜態變數+常量+類資訊(構造方法/介面定義)+運行時常量池都存在方法區中。
大家可以發現，這里面提到了執行緒私有和執行緒共有，指的是對于每一個新的執行緒，都會創建一個程式技術器、java堆疊和本地方法堆疊，一旦執行緒結束，這些都會被銷毀，而java堆和方法區只有在所有的執行緒都執行完的時候才會被銷毀的。
3.Java堆疊的記憶體模型
堆疊，是一個先進先出的資料結構。在java堆疊內，會對每一個執行到的java方法都會創建一個堆疊幀，放入堆疊內，一旦堆疊幀執行完畢就會出堆疊，繼續執行最外層的堆疊幀，直到所有的堆疊幀都出堆疊了，執行緒也就執行完畢了。
對于每一個堆疊幀，里面都有4個部分，分別是區域變數表、運算元堆疊、動態鏈接以及回傳地址；

區域變數表：記錄當前方法引數以及內部定義的區域變數
運算元堆疊：記錄當前的運算元
動態鏈接：表示對內部方法的呼叫，無法在類加載階段或第一次使用時直接確定的，由每一次呼叫所確定方法參考，稱之為動態鏈接
回傳地址：方法結束，回傳上層方法以及恢復上層方法執行狀態所需的資訊
4. Java堆介紹
為了能夠更好的對物件進行垃圾回收，java設計對堆進行了分代，這樣可以方便對存活時間不同的物件進行處理，分成了2個部分：

年輕代：用于存放新產生的物件。年輕代分為兩部分：伊甸區（Eden space）和幸存者區（Survivor pace）。所有的類都是在伊甸區被new出來的。幸存區有兩個： 0區（Survivor 0 space）和1區（Survivor 1 space）。當伊甸園的空間用完時，程式又需要創建物件，JVM的垃圾回收器將對伊甸園區進行垃圾回收(Minor GC)，將伊甸園區中的不再被其他物件所參考的物件進行銷毀。然后將伊甸園中的剩余物件移動到幸存 0區。若幸存 0區也滿了，再對該區進行垃圾回收，然后移動到1區，如果還是滿了，就到老年代。
老年代：用于存放被長期參考的物件。新生區經過多次GC仍然存活的物件移動到老年區。若老年區也滿了，那么這個時候將產生MajorGC（FullGC），進行老年區的記憶體清理。若老年區執行了Full GC之后發現依然無法進行物件的保存，就會產生OOM例外“OutOfMemoryError。
5. 方法區介紹
雖然Java虛擬機規范把方法區描述為堆的一個邏輯部分，但是它卻有一個別名叫做 Non-Heap（非堆），目的應該是與 Java 堆區分開來。所以這一部分我也就單獨拿出來說明了。
可能大家對這一個名字聽的不是很多，但可能大家聽過永久代或持久代的會更多一點，永久代是HotSpot JVM 在java8之前對方法區的實作，這個名稱也是相對年輕代和老年代來說，他們的FullGC也會對永生代進行垃圾回收。
在java8之后，永久代被代替了，換成了元空間區，兩者本質都是對JVM規范中方法區的實作，區別在于元資料區并不在虛擬機中，而是使用本地物理記憶體，這樣的話，方法區的大小也就不那么容易收到限制，而永久代在虛擬機中，永久代邏輯結構上屬于堆，但是物理上不屬于堆，堆大小=新生代+老年代。元資料區也有可能發生OutOfMemory例外，
元資料區的動態擴展，默認–XX:MetaspaceSize值為21MB的高水位線。一旦觸及則Full GC將被觸發并卸載沒有用的類（類對應的類加載器不再存活），然后高水位線將會重置。新的高水位線的值取決于GC后釋放的元空間。如果釋放的空間少，這個高水位線則上升。如果釋放空間過多，則高水位線下降。
后記
1.為什么jdk1.8用元資料區取代了永久代？
首先我們來看看官方解釋：移除永久代是為融合HotSpot JVM與 JRockit VM而做出的努力，因為JRockit沒有永久代，不需要配置永久代；
除此之外，我覺得應該還有其他考慮：去除永久代后分代GC可以減少復雜性，不用考慮永久代的gc；不用指定PermSize，指定太小容易造成永久代OOM
2.既然有動態鏈接，那靜態鏈接呢？
決議呼叫一定是個靜態程序，在編譯期間就完全確定，在類加載的決議階段就會把涉及的符號參考轉化為可確定的直接參考，不會延遲到運行期再去完成，這也就是Java中的靜態鏈接。
在Class檔案中的常量持中存有大量的符號參考。位元組碼中的方法呼叫指令就以常量池中指向方法的符號參考作為引數。這些符號參考一部分在類的加載階段（決議）或第一次使用的時候就轉化為了直接參考（指向資料所存地址的指標或句柄等），這種轉化稱為靜態鏈接。而相反的，另一部分在運行期間轉化為直接參考，就稱為動態鏈接。
通俗一點就是說能在類加載階段就能確定的方法呼叫，是靜態鏈接，如果要在運行時確定的話，那就是動態鏈接了，我們通過這樣的特性可以實作多型。
后面我們將繼續撰寫幾篇jvm類加載以及調優等相關知識，敬請期待哦。如果我有寫的不對的地方，歡迎大家來指正，讓我們在互聯網架構師之路上越走越遠，感謝大家的陪伴，謝謝大家啦~

uj5u.com熱心網友回復：

這個應該整理一下。
發個帖子大家一起分享。

uj5u.com熱心網友回復：

堆疊是先進后出的，你筆誤了