JVM从入门到放弃——JVM内存模型

前言

Java和C或者是C++相比较而言，最大的区别是C系列的程序员在编写代码的时候，总是要对程序中的变量进行释放内存的操作，所以在编写C或者是C++的程序员需要格外的谨慎，因为他们对程序的内存有着很高的权限，这样虽然是特点但是同时也是缺点，毕竟every coin has two sides。所以跟Java语言相比而言，Java把内存的管理直接交付给JVM，因为JVM的存在，Java程序员能够更关注业务的实现，而不需要对内存的管理过于关注。但是我们在编程的时候，有时候会出现OutOfMemoryError之类的错误，这就是JVM内存溢出的错误。这样如果我们对Java虚拟机对内存的管理，我们就不能很好的解决类似的问题，所以我们还是要对Java的内存管理要有一定的理解，对我们后期对Java代码调优也是有一定的帮助。

Java虚拟机内存模型

 
根据上图可以看出来JVM的运行时数据区域主要就是方法区，虚拟机栈，虚拟机堆内存，本地方法区和程序计数器。下面就来看看这些个内存区域都是用来存储哪些数据的。

Java虚拟机栈

方法区是线程私有的内存区域，声明周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型，每个方法执行的时候，虚拟机会以栈帧的形式压入到栈中，这里的栈也是一种先进后出的数据结构。栈帧通常是用来存储局部变量表，操作数栈，帧数据区等信息。每个方法的调用和结束都是入栈和出栈的操作。由于每次方法的调用都会生成对应的栈帧，栈帧会占用一定的栈空间，因此，如果栈帧的空间不足，函数的调用就无法进行下去，当请求的栈的深度大于最大的可用栈深度的时候，系统就会抛出StackOverflowError的溢出错误。 
局部变量表存放编译期可以知道的各种基本数据类型（boolean,byte,char,short,int,float,long,double），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slot局部变量空间，其余的都是一个slot。局部变量表所需要的内存空间在编译期间完成分配，运行期间不会改变局部变量表的大小。 
代码实现StackOverflowError的溢出错误

package com.jvm.method_region;public class MethodRegionTest {Integer count = 0;public void method1() { count ++; method1(); } public static void main(String[] args) { MethodRegionTest methodRegionTest = null; try { methodRegionTest = new MethodRegionTest(); methodRegionTest.method1(); }catch (Exception e) { // TODO: handle exception }finally { System.out.println("递归java栈的深度是 ： " + methodRegionTest.count);

在运行的时候，修改JVM参数，通过修改-Xss128K可以改变虚拟机栈的大小，我第一次是128K第二次是256K，看执行的结果

递归java栈的深度是 ： 994
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError at java.lang.Integer.<init>(Unknown Source) at java.lang.Integer.valueOf(Unknown Source) at com.jvm.method_region.MethodRegionTest.method1(MethodRegionTest.java:8) at com.jvm.method_region.MethodRegionTest.method1(MethodRegionTest.java:9) at com.jvm.method_region.MethodRegionTest.method1(MethodRegionTest.java:9) at com.jvm.method_region.MethodRegionTest.method1(MethodRegionTest.java:9) at com.jvm.method_region.MethodRegionTest.method1(MethodRegionTest.java:9)

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第二次

递归java栈的深度是 ： 2475
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError at java.lang.Integer.<init>(Unknown Source) at java.lang.Integer.valueOf(Unknown Source) at com.jvm.method_region.MethodRegionTest.method1(MethodRegionTest.java:8) at com.jvm.method_region.MethodRegionTest.method1(MethodRegionTest.java:9) at com.jvm.method_region.MethodRegionTest.method1(MethodRegionTest.java:9) at com.jvm.method_region.MethodRegionTest.method1(MethodRegionTest.java:9) at com.jvm.method_region.MethodRegionTest.method1(MethodRegionTest.java:9) at com.jvm.method_region.MethodRegionTest.method1(MethodRegionTest.java:9)

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在eclipse改变JVM的参数操作 
 
<————————-这是分隔符————————————-> 

本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈类似，但是他们也是有区别的，区别就是虚拟机栈是调用java方法的时候，会把栈帧压入栈中，而本地方法栈是调用的native方法，native是由C++编写的。同时本地方法栈也会和虚拟机栈一样也是会爆出来StackOverflowError和OutOfMemoryError的错误。OutOfMemoryError的错误是在虚拟机的栈内存可以自动扩展的情况下，不停的将栈帧数据压入到栈中，以至于虚拟机不停的申请内存，最后导致内存的溢出，所以爆出来OutOfMemoryError错误。

虚拟机堆

Java Heap是Java虚拟机所管理的内存最大的一块，这一块的内存区域是所有线程共享的。此内存区域是用来存放对象实例，几乎所有的对象实例以及数组都在这里分配内存。Java Heap还可以细分为新生代区和老年代区，而新生代区还可以分为eden区，from区和to区，from和to的大小是一样的。在绝大数的情况下，对象是先分配在eden区，在第一次垃圾回收后，如果对象还存活着，那么该对象就会进入到from区或者是to区，然后每经过一次垃圾回收，对象依然存活着，它的年纪就会增加1。当对象的年纪到达一定的条件后，该对象就会进入到老年tenured区。

程序计数器

Program Counter是每个线程的私有空间，Java虚拟机会为每一个线程创建PC寄存器，在任意时刻，一个线程总是在执行一个方法，正在执行的方法称为当前方法。如果当前方法不是本地方法，PC寄存器就会指向当前正在被执行的指令。如果当前方法是本地方法，那么PC寄存器的值就是undefined。

方法区

方法区也是线程共享的内存区域，用于保存系统的类信息，比如类的字段，方法，常量池等，方法区的大小决定了系统可以保存多少个类如果系统定义了太多的类，同样会导致方法区的溢出。在JDK1.6和JDK1.7中，方法区可以理解为永久区（Perm）。永久区可以使用参数-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize指定，默认情况下，-XX:MaxPermSize为64MB。一个大的永久区可以保存更多的信息。如果系统中使用一些动态代理，那么就有可能在运行时生成大量的类。在JDK1.8中，永久区已经被彻底移除，用元数据区来代替。元数据区可以使用-XX:MaxMetaspaceSize指定，元数据区使用的系统的直接内存。如果不指定元数据的大小，程序会耗尽所有的内存。

package com.jvm.perm;import net.sf.cglib.beans.BeanGenerator;public class PermTest { class Perm{ String name; public String getName(www.bomaoyule.cn) { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } } public static void main(String[www.yingka178.com ] args) { try { for (int i = 0; i < 1000000; i++) { BeanGenerator generator = new BeanGenerator(www.078881.cn ); generator.setSuperclass(Perm.class); generator.addProperty("name", String.class); generator.create(www.chaoyueyule.com/); } } catch (Exception www.dongfan178.com e) www.mcyllpt.com/ { // TODO: handle exception

加了虚拟机参数-XX:+PrintGCDetails -XX:MaxMetaspaceSize=256k 
运行结果

Error occurred during initialization of VM
OutOfMemoryError: Metaspace