JVM模型学习笔记

JVM由三个主要的子系统构成

1. 运行时数据区（内存结构）:

运行时数据区也是JVM的核心部分

内存数据区又分：堆、java栈、本地方法栈、程序计数器、方法区

1.1 本地方法栈(线程私有)：

登记native方法，在Execution Engine执行时加载本地方法库

1.2 程序计数器（线程私有）：

就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向下一条指令的地址,也即将要执行的指令代码），由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不记。

1.3 方法区(线程共享)：

类的所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数，接口代码也在此定义。简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，静态变量+常量+类信息(构造方法/接口定义)+运行时常量池都存在方法区中，虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做 Non-Heap（非堆），目的应该是与 Java 堆区分开来。

1.4 Java栈（线程私有）：

Java线程执行方法的内存模型，一个线程对应一个栈，每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）不存在垃圾回收问题，只要线程一结束该栈就释放，生命周期和线程一致

JVM对该区域规范了两种异常：
1) 线程请求的栈深度大于虚拟机栈所允许的深度，将抛出StackOverFlowError异常
2) 若虚拟机栈可动态扩展，当无法申请到足够内存空间时将抛出OutOfMemoryError，通过jvm参数–Xss指定栈空间，空间大小决定函数调用的深度

1.5 栈针：

每一个线程会有很多个栈针，每一个栈针代表该线程要执行的一个方法，以下是栈针内部的结构：

1.6堆(线程共享)：

虚拟机启动时创建，用于存放对象实例，几乎所有的对象（包含常量池）都在堆上分配内存，当对象无法再该空间申请到内存时将抛出OutOfMemoryError异常。同时也是垃圾收集器管理的主要区域。可通过 -Xmx –Xms 参数来分别指定最大堆和最小堆

上图为堆的内存模型，堆可分为 新生代、老年代、元数据区(JDK1.8以后出现的)

新生代：
类诞生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命。
新生区分为两部分：伊甸区（Eden space）和幸存者区（Survivor pace），所有的类都是在伊甸区被new出来的。幸存区有两个： 0区（Survivor 0 space）和1区（Survivor 1 space）。当伊甸园的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收(Minor GC)，将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存 0区。若幸存 0区也满了，再对该区进行垃圾回收，放到 1区，默认1和0两区交替回收15次后，还存活的对象就进入老年代。

老年代:

新生代经过多次GC仍然存活的对象移动到老年区。若老年区也满了，那么这个时候将产生MajorGC（FullGC），进行老年区的内存清理。若老年区执行了Full GC之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常“OutOfMemoryError”

元数据区：

元数据区取代了永久代(jdk1.8以前)，本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现，区别在于元数据区并不在虚拟机中，而是使用本地物理内存，永久代在虚拟机中，永久代逻辑结构上属于堆，但是物理上不属于堆，堆大小=新生代+老年代。元数据区也有可能发生OutOfMemory异常。
Jdk1.6及之前：有永久代, 常量池在方法区
Jdk1.7：有永久代，但已经逐步“去永久代”，常量池在堆
Jdk1.8及之后：无永久代，常量池在元空间
元数据区的动态扩展，默认–XX:MetaspaceSize值为21MB的高水位线。一旦触及则Full GC将被触发并卸载没有用的类（类对应的类加载器不再存活），然后高水位线将会重置。新的高水位线的值取决于GC后释放的元空间。如果释放的空间少，这个高水位线则上升。如果释放空间过多，则高水位线下降。
为什么jdk1.8用元数据区取代了永久代？
官方解释：移除永久代是为融合HotSpot JVM与 JRockit VM而做出的努力，因为JRockit没有永久代，不需要配置永久代

2.类加载器子系统:

2.2 类加载：

类加载器将class文件加载到虚拟机的内存
        加载：在硬盘上查找并通过IO读入字节码文件
       连接：执行校验、准备、解析（可选）步骤
       校验：校验字节码文件的正确性
       准备：给类的静态变量分配内存，并赋予默认值
       解析：类装载器装入类所引用的其他所有类
       初始化：对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块

2.3 类加载器种类：

启动类加载器：负责加载JRE的核心类库，如jre目标下的rt.jar,charsets.jar等
扩展类加载器：负责加载JRE扩展目录ext中JAR类包,如JRE\lib\ext 下的.jar
系统类加载器：负责加载ClassPath路径下的类包
用户自定义加载器：负责加载用户自定义路径下的类包，如tomcat会自己写类加载器