JVM小结

摘要：执行引擎负责解释指令，提交给操作系统执行。如图栈帧是最先被调用的方法，先入栈，然后方法又调用了方法，栈帧处于栈顶的位置，栈帧处于栈底，执行完毕后，依次弹出栈帧和栈帧，线程结束，栈释放。了解性参数永久代初始值永久代最大值新生代大小

JVM即Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写，身为一名java开发者，适当了解JVM，拓展一下知识面并没有坏处，本人结合最近的学习对JVM做了简单总结，现给大家分享。

class loader顾名思义是类加载器，我们的类文件（.class）是保存在硬盘上的，如果想要被jvm执行，需要有一个中间层把它加载到jvm中，这个工作就是由class loader做的，它通过IO流的形式把.class文件载入到虚拟机，类加载器分四种：

这部分是由c/c++编写的，属于最底层的类加载器。他会加载$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar中的所有类，这个jar包中有我们常用的最基本的类，比如java.lang.Object、java.lang.String等，这也就解释了为什么我们在使用这些类时不需要导包的原因，启动类加载器已经事先加载到jvm中了。

使用java编写，它会加载$JAVA_HOME/jre/lib/ext/*.jar。

也叫系统类加载器，使用java编写，加载当前应用的$CLASSPATH中的所有类。

Java.lang.ClassLoader的子类，用户可以定制类的加载方式。（一般用不到）

提到类加载器，就不得不提这两个机制，所谓双亲委派是指：当应用类加载器接收到一个加载类的请求时，不会马上进行加载，而是委托给它的父类加载器——扩展类加载器去加载，而扩展类加载器又委托给启动类加载器，如果启动类加载器在它的范围内没有找到该类，则会抛一个ClassNotFoundException异常，这时它的子类加载器才会逐级向下去尝试加载，直到找个这个类。那么这有什么意义呢？设想，假如你建了一个java.lang的包，又在该包下建了一个String类，如果没有这个双亲委派机制，那么你自己写的String类是不是就把jre标准的String给覆盖了？java为了保护自身标准的类不会被覆盖，于是就采用了双亲委派把这些类隔离开来，也就是所谓的“沙箱机制”。

可以通过java.lang.Class中的getClassLoader方法来获取当前类加载器。

public class JVMTest01 {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
        System.out.println(obj.getClass().getClassLoader());
        JVMTest01 test = new JVMTest01();
        System.out.println(test.getClass().getClassLoader());
        System.out.println(test.getClass().getClassLoader().getParent());
        System.out.println(test.getClass().getClassLoader().getParent().getParent());
    }
}

输出结果：

null
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@2a139a55
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@7852e922
null

我们来分析一下这个结果，第二行和第三行的输出应该容易理解，JVMTest01是一个用户自定义的类，是由应用类加载器加载的，而它的父类加载器是扩展类加载器。但奇怪的是第一行和第四行的结果，为什么是null？我们知道Object类是由启动类加载器加载的，应用类加载器的父类的父类加载器也是启动类加载器，那为什么获取不到呢？因为启动类加载器是jvm最底层的直接跟操作系统打交道的接口，是由c++编写的，已经很底层了，单靠java已经获取不到了，所以是null。

执行引擎负责解释指令，提交给操作系统执行。

本地接口的作用是融合不同的编程语言为 Java 所用，它的初衷是融合 C/C++程序，Java 诞生之初正是 C/C++横行的时候，要想立足，必须有调用 C/C++程序，于是就在内存中专门开辟了一块区域处理标记为native的代码，它的具体做法是 Native Method Stack中登记 native方法，在Execution Engine 执行时加载native libraies。
目前该方法使用的越来越少了，除非是与硬件有关的应用，比如通过Java程序驱动打印机或者Java系统管理生产设备，在企业级应用中已经比较少见。因为现在的异构领域间的通信很发达，比如可以使用 Socket通信，也可以使用Web Service等等。

它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine 执行时加载本地方法库。

每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的,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。

静态变量+常量+类信息+运行时常量池存在方法区中，该区被所有线程共享。

注：实例变量存在堆内存中,和方法区无关

栈主管Java程序运行，是在线程创建时创建，它的生命期是跟随线程的生命期，线程结束栈内存也就释放，对于栈来说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，是线程私有的。

栈帧中主要保存3类数据：
本地变量（Local Variables）:输入参数和输出参数以及方法内的变量。
栈操作（Operand Stack）:记录出栈、入栈的操作。
栈帧数据（Frame Data）:包括类文件、方法等等。

栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，是一个有关方法(Method)和运行期数据的数据集，当一个方法A被调用时就产生了一个栈帧 F1，并被压入到栈中，
A方法又调用了 B方法，于是产生栈帧 F2 也被压入栈，
B方法又调用了 C方法，于是产生栈帧 F3 也被压入栈，
……
执行完毕后，先弹出F3栈帧，再弹出F2栈帧，再弹出F1栈帧……
遵循“先进后出”/“后进先出”原则。
如图：

栈帧 2是最先被调用的方法，先入栈，然后方法 2 又调用了方法1，栈帧 1处于栈顶的位置，栈帧 2 处于栈底，执行完毕后，依次弹出栈帧 1和栈帧 2，线程结束，栈释放。
设想：如果方法中不断调用方法，栈帧一帧一帧的往上堆叠，终于超过了栈空间的上限，于是就报了java.lang.StackOverflowError。这就是无限递归调用：

    public void test() {
        test();
    }

调用这个方法就会产生这个结果：

图中表示的关系是这样的：在栈中，保存了局部变量（基本类型+引用类型），而引用类型指向了堆内存中的一块对象实例，而这个实例是依据什么为蓝图创建的呢？就是存在于方法区中的类信息，它记录了该类的“DNA”，基于该类的所有实例都以此为模版进行创建。

注：本地方法存在于本地方法栈中，和普通Java方法不在同一个栈

一个JVM实例只存在一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的，堆内存分为三部分：

Young Generation Space 新生区 Young/New

Tenure generation space 养老区 Old/Tenure

Permanent Space 永久区 Perm

注：JDK1.8开始，永久区替换为了元空间

新生区又分为：

伊甸区（Eden Space）

幸存0区（Survivor 0 Space）

幸存1区（Survivor 1 Space）

图例：

所有的对象都是在伊甸区被new出来的，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，然后移动到 1 区。那如果1 区也满了呢？再移动到养老区。若养老区也满了，那么这个时候将产生MajorGC（FullGC），进行养老区的内存清理。若养老区执行了Full GC之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常java.lang.OutOfMemoryError。

永久存储区是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身所携带的 Class,Interface 的元数据，也就是说它存储的是运行环境必须的类信息，被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，关闭 JVM 才会释放此区域所占用的内存。

如果出现java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space，说明是Java虚拟机对永久代Perm内存设置不够。一般出现这种情况，都是程序启动需要加载大量的第三方jar包。例如：在一个Tomcat下部署了太多的应用。或者大量动态反射生成的类不断被加载，最终导致Perm区被占满。

注：
Jdk1.6及之前：有永久代, 常量池1.6在方法区
Jdk1.7：有永久代，但已经逐步“去永久代”，常量池1.7在堆
Jdk1.8及之后：无永久代，常量池1.8在元空间

常用参数：

-Xms 设置初始分配大小，默认为物理内存的1/64

-Xmx 最大分配内存，默认为物理内存的1/4

-XX:PrintGCDetails 输出详细GC日志

    public static void main(String[] args) {
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();    //返回 Java 虚拟机试图使用的最大内存量
        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();    //返回 Java 虚拟机中的内存总量
        
        System.out.println("MAX_MEMORY = " + maxMemory + "Byte " + (maxMemory / (double)1024 / 1024) + "MB");
        System.out.println("TOTAL_MEMORY = " + totalMemory + "Byte " + (totalMemory / (double)1024 / 1024) + "MB");
    }

在eclipse中配置jvm参数：

输出结果：

由图，我们利用-Xms和-Xmx参数将初始内存和最大内存都设置为1024MB（实际结果981.5MB属于误差）

注：永久代/元空间 只是JVM逻辑上有这么一块区域，但实际物理内存中并不存在，如何证明呢？如图：新生代+养老代 的内存总和已经等于TOTAL_MEMORY，说明实际内存中只有新生区和养老区，永久代/元空间只是逻辑上存在。

    public static void main(String[] args) {
        String str = "hello world!";
        while (true) {
            str += str + new Random().nextInt(88888888) + new Random().nextInt(999999999);
        }

    }

参数配置：

-Xms8m -Xmx8m -XX:+PrintGCDetails

运行结果：

分析：我们故意把堆内存调小至8M，然后再不断地在堆中生成String对象，直到产生OOM异常，从输出日志中可以看到，在抛出异常前JVM不断进行GC，直到最后一次Full GC之后，堆内存依旧没有足够的空间new出新的对象，于是就抛出了OOM异常。一般OOM异常都是在Full GC之后产生的。

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError这个长参数是比较特别的，所以这里多带带提一下，它的作用是当JVM产生OOM异常时，生成一个dump文件到你的工程目录下，可以配合eclipse的MAT(Eclipse Memory Analyzer)插件分析内存泄漏。

-XX:PermSize 永久代初始值

-XX:MaxPermSize 永久代最大值

-Xmn 新生代大小