JVM的結構和運行機制是什么

JVM的結構和運行機制是什么？可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結了以下內容，希望大家根據這篇文章可以有所收獲。

一、java內存組成介紹：堆(Heap)和非堆(Non-heap)內存

按照官方的說法：“Java 虛擬機具有一個堆，堆是運行時數據區域，所有類實例和數組的內存均從此處分配。

堆是在 Java 虛擬機啟動時創建的。”“在JVM中堆之外的內存稱為非堆內存(Non-heap memory)”。可以看出JVM主要管理兩種類型的內存：堆和非堆。

簡單來說堆就是Java代碼可及的內存，是留給開發人員使用的；非堆就是JVM留給 自己用的，所以方法區、JVM內部處理或優化所需的內存(如JIT編譯后的代碼緩存)、每個類結構(如運行時常數池、字段和方法數據)以及方法和構造方法 的代碼都在非堆內存中。

二、JVM內存區域模型

1.方法區 也稱”永久代” 、“非堆”， 它用于存儲虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、是各個線程共享的內存區域。默認最小值為16MB，最大值為64MB，可以通過-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 參數限制方法區的大小。

運行時常量池：是方法區的一部分，其中的主要內容來自于JVM對Class的加載。

Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池，用于存放編譯器生成的各種符號引用，這部分內容將在類加載后放到方法區的運行時常量池中。

2.虛擬機棧

描述的是java 方法執行的內存模型：每個方法被執行的時候 都會創建一個“棧幀”用于存儲局部變量表(包括參數)、操作棧、方法出口等信息。每個方法被調用到執行完的過程，就對應著一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。聲明周期與線程相同，是線程私有的。

局部變量表存放了編譯器可知的各種基本數據類型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、對象引用(引用指針，并非對象本身)，其中64位長度的long和double類型的數據會占用2個局部變量的空間，其余數據類型只占1個。

局部變量表所需的內存空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，這個方法需要在棧幀中分配多大的局部變量是完全確定的，在運行期間棧幀不會改變局部變量表的大小空間。

3.本地方法棧

與虛擬機棧基本類似，區別在于虛擬機棧為虛擬機執行的java方法服務，而本地方法棧則是為Native方法服務。

4.堆

也叫做java 堆、GC堆是java虛擬機所管理的內存中最大的一塊內存區域，也是被各個線程共享的內存區域，在JVM啟動時創建。該內存區域存放了對象實例及數組(所有new的對象)。

其大小通過-Xms(最小值)和-Xmx(最大值)參數設置，-Xms為JVM啟動時申請的最小內存，默認為操作系統物理內存的1/64但小于1G，-Xmx為JVM可申請的最大內存，默認為物理內存的1/4但小于1G，默認當空余堆內存小于40%時，JVM會增大Heap到-Xmx指定的大小，可通過-XX:MinHeapFreeRation=來指定這個比列；當空余堆內存大于70%時，JVM會減小heap的大小到-Xms指定的大小，可通過XX:MaxHeapFreeRation=來指定這個比列，對于運行系統，為避免在運行時頻繁調整Heap的大小，通常-Xms與-Xmx的值設成一樣。

由于現在收集器都是采用分代收集算法，堆被劃分為新生代和老年代。新生代主要存儲新創建的對象和尚未進入老年代的對象。老年代存儲經過多次新生代GC(Minor GC)任然存活的對象。

新生代： 程序新創建的對象都是從新生代分配內存，新生代由Eden Space和兩塊相同大小的Survivor Space(通常又稱S0和S1或From和To)構成，可通過-Xmn參數來指定新生代的大小，也可以通過-XX:SurvivorRation來調整Eden Space及Survivor Space的大小。

老年代： 用于存放經過多次新生代GC任然存活的對象，例如緩存對象，新建的對象也有可能直接進入老年代，主要有兩種情況：

1、大對象，可通過啟動參數設置-XX:PretenureSizeThreshold=1024(單位為字節，默認為0)來代表超過多大時就不在新生代分配，而是直接在老年代分配。

2、大的數組對象，切數組中無引用外部對象。 老年代所占的內存大小為-Xmx對應的值減去-Xmn對應的值。

Young Generation        即圖中的Eden + From Space + To Space
Eden                    存放新生的對象
Survivor Space          有兩個，存放每次垃圾回收后存活的對象
Old Generation          Tenured Generation 即圖中的Old Space 
                        主要存放應用程序中生命周期長的存活對象

5.程序計數器

是最小的一塊內存區域，它的作用是當前線程所執行的字節碼的行號指示器，在虛擬機的模型里，字節碼解釋器工作時就是通過改變這個計數器的值來選取下一條需要執行的字節碼指令，分支、循環、異常處理、線程恢復等基礎功能都需要依賴計數器完成。

三、直接內存

直接內存并不是虛擬機內存的一部分，也不是Java虛擬機規范中定義的內存區域。jdk1.4中新加入的NIO，引入了通道與緩沖區的IO方式，它可以調用Native方法直接分配堆外內存，這個堆外內存就是本機內存，不會影響到堆內存的大小。

四、Java堆內存的10個要點

1. Java堆內存是操作系統分配給JVM的內存的一部分。

2. 當我們創建對象時，它們存儲在Java堆內存中.

3. 為了便于垃圾回收，Java堆空間分成三個區域，分別叫作New Generation, Old Generation或叫作Tenured Generation，還有Perm Space。

4. 你可以通過用JVM的命令行選項 -Xms, -Xmx, -Xmn來調整Java堆空間的大小。不要忘了在大小后面加上”M”或者”G”來表示單位。舉個例子，你可以用 -Xmx256m來設置堆內存最大的大小為256MB。

5. 你可以用JConsole或者 Runtime.maxMemory(), Runtime.totalMemory(), Runtime.freeMemory()來查看Java中堆內存的大小。

6. 你可以使用命令“jmap”來獲得heap dump，用“jhat”來分析heap dump。

7. Java堆空間不同于棧空間，棧空間是用來儲存調用棧和局部變量的。

8. Java垃圾回收器是用來將死掉的對象(不再使用的對象)所占用的內存回收回來，再釋放到Java堆空間中。

9. 當你遇到java.lang.outOfMemoryError時，不要緊張，有時候僅僅增加堆空間就可以了，但如果經常出現的話，就要看看Java程序中是不是存在內存泄露了。

10. 請使用Profiler和Heap dump分析工具來查看Java堆空間，可以查看給每個對象分配了多少內存。

看完上述內容，你們對JVM的結構和運行機制有進一步的了解嗎？如果還想了解更多相關內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道，感謝各位的閱讀。