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JVM虛擬機(jī)整體結(jié)構(gòu)解析

整體結(jié)構(gòu)介紹

• jvm整體分為:
• -棧方法區(qū)堆本地方法棧程序計(jì)數(shù)器

棧 Stack

棧是JVM重要的組成部分，每有一個(gè)新的線程都JVM都會(huì)為其在棧上分配一份內(nèi)存，線程里有棧幀，程序計(jì)數(shù)器。另外線程棧內(nèi)存大小決定的線程數(shù)量的多少，當(dāng)線程棧內(nèi)存大小設(shè)置的越大，則同時(shí)存在的線程數(shù)量越少，反則越大。另外在棧中最容易發(fā)生的錯(cuò)誤是StackOverflowError 棧溢出，看以下代碼:

public class StackOverflowTest {  
  static int count = 0; 
   static void redo() {  
   count++;  
    redo();  
    } 
    public static void main(String[] args) {  
     try {  
   redo();  
    } catch (Throwable t) {  
    t.printStackTrace();  
    System.out.println(count);  
           }  
       }  
    }   
     運(yùn)行結(jié)果： 
     java.lang.StackOverflowError  

參數(shù)影響: -Xss 256KB(默認(rèn)1M) 設(shè)置棧大小 棧的大小會(huì)影響count 的次數(shù),-Xss設(shè)置的大小越大,count的次數(shù)也就越大,反之亦然.

棧幀結(jié)構(gòu)組成

局部變量表:主要用來(lái)保存聲明的局部變量以及方法的參數(shù)信息,局部變量表作用于為當(dāng)前方法，當(dāng)方法執(zhí)行完成后，局部變量表也會(huì)隨之刪除，釋放內(nèi)存。另外局部變量表里用來(lái)保存信息的叫做變量槽(slot)

操作數(shù)棧：顧名思義，操作數(shù)棧其本質(zhì)就是個(gè)棧，壓棧，出棧兩個(gè)操作，例如執(zhí)行a+b，先將局部變量表中的a與b分別壓入棧中，接著執(zhí)行加法操作，最終出棧。

動(dòng)態(tài)鏈接:是在程序運(yùn)行期間完成的將符號(hào)引用替換為直接引用叫動(dòng)態(tài)鏈接，既然有動(dòng)態(tài)鏈接那么自然也有靜態(tài)鏈接，部分符號(hào)引用在類加載階段(解析)的時(shí)候就轉(zhuǎn)化為直接引用,這種轉(zhuǎn)化為靜態(tài)鏈接。

方法返回地址:在方法退出(正常執(zhí)行/異常返回)后，返回方法被調(diào)用的位置。

棧結(jié)構(gòu)圖

程序計(jì)數(shù)器(Program Counter Register)

程序計(jì)數(shù)器也叫PC寄存器是JVM非常重要的一個(gè)結(jié)構(gòu)，是線程私有的，每個(gè)線程獨(dú)有一份，它用來(lái)保存指向下一條將被執(zhí)行指令的地址，例如當(dāng)線程被阻塞再進(jìn)行喚醒時(shí)，從程序計(jì)數(shù)器讀取指令的地址，從而繼續(xù)執(zhí)行。

本地方法棧 Native Method Stack

本地方法棧主要是為了執(zhí)行native方法，保存native方法進(jìn)入?yún)^(qū)域的地址，所以本地方法棧也是線程私有的內(nèi)存區(qū)域。

方法區(qū) Method Area(元空間 Meta Space)

被所有的線程共享。方法區(qū)包含所有的class和static變量，類的方法代碼，變量名，方法名，訪問(wèn)權(quán)限，返回值,以及我們經(jīng)常說(shuō)的常量池與運(yùn)行時(shí)常量池都是在方法區(qū)的。

堆 Heap

堆是非常重要的一個(gè)區(qū)域，管理著幾乎(不是所有)所有的對(duì)象，我們常說(shuō)的垃圾回收的主要區(qū)域就是發(fā)生在這個(gè)區(qū)域。堆分為新生代(young)與老年代(Old)，新生代又分為Eden與survivor區(qū)，survivor分為From區(qū)與To區(qū)。這幾個(gè)區(qū)存放著java的對(duì)象，當(dāng)區(qū)內(nèi)存不夠的時(shí)候會(huì)發(fā)生GC，GC主要分為兩種，一種是minorGC(Young GC)，另一種是Full GC，JVM調(diào)優(yōu)主要根據(jù)代碼調(diào)節(jié)JVM參數(shù),從而減少Full GC的次數(shù)。

堆結(jié)構(gòu)示意圖

逃逸分析

首先大家聽(tīng)得最多的就是new 出來(lái)對(duì)象是存放在堆中的，但是在上文中，所寫的是幾乎對(duì)象是存在堆中，那么為什么是幾乎呢，因?yàn)橛械膶?duì)象是存放在棧中的，是不是很不可思議，接下來(lái)來(lái)看下一段代碼。

// 方法一 
public Person test1() { 
        Person person = new Person(); 
        person.setId(1); 
        return person; 
        }  
// 方法二       
public void test2() {  
         User person = new person();  
         person.setId(1);  
       } 

上述代碼中很顯然test1方法中的personr對(duì)象被返回了，那么這個(gè)對(duì)象就可能被其他方法進(jìn)行引用，test2方法中的personr對(duì)象，當(dāng)方法結(jié)束的時(shí)候，該對(duì)象就是一個(gè)無(wú)效對(duì)象了，不會(huì)在其他地方被進(jìn)行引用，對(duì)于這樣的對(duì)象，JVM將其分配的棧內(nèi)存里，讓其在方法結(jié)束時(shí)跟隨棧內(nèi)存一起被回收掉，減少堆內(nèi)存的回收。 JVM對(duì)于這種情況可以通過(guò)開(kāi)啟逃逸分析參數(shù)(-XX:+DoEscapeAnalysis)來(lái)優(yōu)化對(duì)象內(nèi)存分配位置，JDK7之后默認(rèn)開(kāi)啟逃逸分析，如果要關(guān)閉使用參數(shù)(-XX:-DoEscapeAnalysis)

對(duì)象內(nèi)存分配

對(duì)象內(nèi)存分配流程圖

對(duì)象棧上分配

并不是所有對(duì)象都分配在內(nèi)存,有的對(duì)象會(huì)被分配到棧上,JVM對(duì)于這種情況可以通過(guò)開(kāi)啟逃逸分析參數(shù)(-XX:+DoEscapeAnalysis)來(lái)優(yōu)化對(duì)象內(nèi)存分配位置，使其通過(guò)標(biāo)量替換優(yōu) 先分配在棧上(棧上分配)，JDK7之后默認(rèn)開(kāi)啟逃逸分析，如果要關(guān)閉使用參數(shù)(-XX:-DoEscapeAnalysis)

標(biāo)量替換： 通過(guò)逃逸分析確定該對(duì)象不會(huì)被外部訪問(wèn)，并且對(duì)象可以被進(jìn)一步分解時(shí)，JVM不會(huì)創(chuàng)建該對(duì)象，而是將該 對(duì)象成員變量分解若干個(gè)被這個(gè)方法使用的成員變量所代替，這些代替的成員變量在棧幀或寄存器上分配空間，這樣就 不會(huì)因?yàn)闆](méi)有一大塊連續(xù)空間導(dǎo)致對(duì)象內(nèi)存不夠分配。

開(kāi)啟標(biāo)量替換參數(shù)(-XX:+EliminateAllocations)，JDK7之后默認(rèn) 開(kāi)啟。

標(biāo)量與聚合量： 標(biāo)量即不可被進(jìn)一步分解的量,也可以說(shuō)是原子量,不可再分解,而JAVA的基本數(shù)據(jù)類型就是標(biāo)量(如：int，long等基本數(shù)據(jù)類型以及 reference類型等)，標(biāo)量的對(duì)立就是可以被進(jìn)一步分解的量，而這種量稱之為聚合量。而在JAVA中對(duì)象就是可以被進(jìn)一 步分解的聚合量

結(jié)論：棧上分配依賴于逃逸分析和標(biāo)量替換

對(duì)象在Eden區(qū)分配

當(dāng)對(duì)象剛被創(chuàng)建的時(shí)候會(huì)被分配在eden區(qū)，eden區(qū)滿了后會(huì)觸發(fā)minor gc，可能會(huì)有99%以上的對(duì)象成為垃圾被回收掉，剩余存活 的對(duì)象會(huì)被挪到為空的那塊survivor區(qū)，下一次eden區(qū)滿了后又會(huì)觸發(fā)minor gc，把eden區(qū)和survivor區(qū)垃圾對(duì)象回收，把剩余存活的對(duì)象一次性挪動(dòng)到另外一塊為空的survivor區(qū)，因?yàn)樾律膶?duì)象都是生命值很短的，存活時(shí)間很短，所以JVM默認(rèn)的8:1:1的比例是非常合理的一個(gè)比例值，因此我們呢應(yīng)該讓eden區(qū)盡量的大，survivor區(qū)夠用即可，

JVM默認(rèn)有這個(gè)參數(shù)-XX:+UseAdaptiveSizePolicy(默認(rèn)開(kāi)啟)，會(huì)導(dǎo)致這個(gè)8:1:1比例自動(dòng)變化.

如果不想這個(gè)比例有變 化可以設(shè)置參數(shù)

-XX:-UseAdaptiveSizePolicy

當(dāng)Eden區(qū)內(nèi)存不夠用了會(huì)出現(xiàn)聲明狀況?

如果因?yàn)榻o新對(duì)象分配內(nèi)存的時(shí)候eden區(qū)內(nèi)存幾乎已經(jīng)被分配完了，bane當(dāng)Eden區(qū)沒(méi)有足夠空間進(jìn)行分配時(shí)，虛擬機(jī)將發(fā)起一次Minor GC，GC期間虛擬機(jī)又發(fā)現(xiàn)新對(duì)象無(wú)法存入Survior空間，所以只好把新生代的對(duì)象提前轉(zhuǎn)移到老年代中去，老年代上的空間足夠存放新對(duì)象，所以不會(huì)出現(xiàn)Full GC。執(zhí)行Minor GC后，后面分配的對(duì)象如果能夠存在eden區(qū)的話，還是會(huì)在eden區(qū)分配內(nèi)存。

大對(duì)象直接進(jìn)入老年代

大對(duì)象就是需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的對(duì)象(比如：字符串、數(shù)組)。JVM參數(shù)

-XX:PretenureSizeThreshold 可以設(shè)置大 對(duì)象的大小，如果對(duì)象超過(guò)設(shè)置大小會(huì)直接進(jìn)入老年代，不會(huì)進(jìn)入年輕代，這個(gè)參數(shù)只在 Serial 和ParNew兩個(gè)收集器下 有效(關(guān)于收集器日后再講)。

比如設(shè)置JVM參數(shù)：

-XX:PretenureSizeThreshold=1000000 (單位是字節(jié)) -XX:+UseSerialGC ，再執(zhí)行下帶有大對(duì)象的程序會(huì)發(fā)現(xiàn)大對(duì)象直接進(jìn)了老年代

這樣做的好處?

為了避免為大對(duì)象分配內(nèi)存時(shí)的復(fù)制操作而降低效率。

長(zhǎng)期存活的對(duì)象將進(jìn)入老年代

既然虛擬機(jī)采用了分代收集的思想來(lái)管理內(nèi)存，那么內(nèi)存回收時(shí)就必須能識(shí)別哪些對(duì)象應(yīng)放在新生代，哪些對(duì)象應(yīng)放在 老年代中。為了做到這一點(diǎn)，虛擬機(jī)給每個(gè)對(duì)象一個(gè)對(duì)象年齡(Age)計(jì)數(shù)器。 如果對(duì)象在 Eden 出生并經(jīng)過(guò)第一次 Minor GC 后仍然能夠存活，并且能被 Survivor 容納的話，將被移動(dòng)到 Survivor 空間中，并將對(duì)象年齡設(shè)為1。對(duì)象在 Survivor 中每熬過(guò)一次 MinorGC，年齡就增加1歲，當(dāng)它的年齡增加到一定程度(默認(rèn)為15歲，CMS收集器默認(rèn)6歲，不同的垃圾收集器會(huì)略微有點(diǎn)不同)，就會(huì)被晉升到老年代中。對(duì)象晉升到老年代

的年齡閾值.

JVM參數(shù)設(shè)置 -XX:MaxTenuringThreshold 。

對(duì)象動(dòng)態(tài)年齡判斷

當(dāng)前放對(duì)象的Survivor區(qū)域里(其中一塊區(qū)域，放對(duì)象的那塊s區(qū))，一批對(duì)象的總大小大于這塊Survivor區(qū)域內(nèi)存大小的

50%(-XX:TargetSurvivorRatio可以指定)，那么此時(shí)大于等于這批對(duì)象年齡最大值的對(duì)象，就可以直接進(jìn)入老年代了，

例如Survivor區(qū)域里現(xiàn)在有一批對(duì)象，年齡1+年齡2+年齡n的多個(gè)年齡對(duì)象總和超過(guò)了Survivor區(qū)域的50%，此時(shí)就會(huì)

把年齡n(含)以上的對(duì)象都放入老年代。這個(gè)規(guī)則其實(shí)是希望那些可能是長(zhǎng)期存活的對(duì)象，盡早進(jìn)入老年代。對(duì)象動(dòng)態(tài)年

齡判斷機(jī)制一般是在minor gc之后觸發(fā)的。

老年代空間分配擔(dān)保機(jī)制

年輕代每次minor gc之前JVM都會(huì)計(jì)算下老年代剩余可用空間 如果這個(gè)可用空間小于年輕代里現(xiàn)有的所有對(duì)象大小之和(包括垃圾對(duì)象) 就會(huì)看一個(gè)“

-XX:-HandlePromotionFailure”(jdk1.8默認(rèn)就設(shè)置了)的參數(shù)是否設(shè)置了 如果有這個(gè)參數(shù)，就會(huì)看看老年代的可用內(nèi)存大小，是否大于之前每一次minor gc后進(jìn)入老年代的對(duì)象的平均大小。 如果上一步結(jié)果是小于或者之前說(shuō)的參數(shù)沒(méi)有設(shè)置，那么就會(huì)觸發(fā)一次Full gc，對(duì)老年代和年輕代一起回收一次垃圾, 如果回收完還是沒(méi)有足夠空間存放新的對(duì)象就會(huì)發(fā)生"OOM" 當(dāng)然，如果minor gc之后剩余存活的需要挪動(dòng)到老年代的對(duì)象大小還是大于老年代可用空間，那么也會(huì)觸發(fā)full gc，full gc完之后如果還是沒(méi)有空間放minor gc之后的存活對(duì)象，則也會(huì)發(fā)生“OOM.

總結(jié)

1. 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)主要由堆、棧、程序計(jì)數(shù)器、方法區(qū)、本地方法棧
2. 線程私有的區(qū)域:線程棧、程序計(jì)數(shù)器、本地方法棧，線程共享的區(qū)域:堆、方法區(qū)。
3. 堆分為細(xì)分為新生代(Eden、survivor(From、To)默認(rèn)比例8:1:1)、老年代
4. 對(duì)象不全都是在堆中，經(jīng)過(guò)發(fā)生逃逸符合條件的對(duì)象在棧中
5. JVM整體結(jié)構(gòu)圖如下