执行一个Java进程对应启动一个JVM进程； Java虚拟机使用的是HotSpot虚拟机；18年oracle公开了GraalVM；

Jvm内存结构

1. 线程私有区：栈

每个线程运行时所使用的内存结构，包含：程序计数器、多个栈帧对应每次方法调用，其中包含一个活动栈帧，对应正在执行的方法，以及调用Native方法的本地方法栈；

• 垃圾回收不涉及栈内存；
• 且栈内存并不是越大越好；
  -Xss 1024k
  、
  -Xss 1m
• 栈帧内局部变量是线程安全的；

栈的结构：

1. 程序计数器：记录当前线程下一条要执行的指令；
2. 虚拟机栈：用来存储局执行方法执行所需要的数据(生命周期跟随线程)；
   • 存储单元为栈帧·，每一个方法执行到结束，对应一个栈帧的入栈出栈
   • 每个栈帧：包含部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息
   • 局部变量表：用来生成此方法所需要的所有局部变量，提前给定内存空间；(编译期确定)
   • 操作数栈：存储方法中的计算过程的中间结果；
   • 动态链接：指向常量池中的符号引用，如需要调用别的方法，就通过动态链接找到方法引用；
   • 方法出口
3. 本地方法栈：与虚拟机栈的作用类似，用于执行Native方法(非Java方法)；
   • 如Unsafe类，用于与操作系统交互；
   • Object下的
     wait()
     、
     notify()
     、
     notifyAll()
     都是Native方法；

2. 线程共享区：堆

主要用于存放对象实例以及数组；(垃圾回收的主要区域)

• 年轻代
• 老年代
• 字符串常量池(JDK1.8)：存放编译/运行时创建的字面量:
  new String("xx")

2.1 年轻代

年轻代目标：尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象，减少存入老年代的对象；

结构：Eden、Survivor(两个)

年轻代存储过程：

1. 大多数新创建的对象都位于Eden内存空间中；
2. 当Eden区满时，触发MinorGC，存活的对象被复制到Survivor区中的一个
3. 之后每经历一次MinorGC，gc年龄+1（gc年龄初始为1，记录在对象头中）
4. gc年龄达到阈值仍存活的对象，则可进入老年代；也可能由于空间不足，提前进入老年代，默认50%；即按照年龄排序后，超出50%的大年龄对象，会在MinorGC时移入老年代 (复制算法：对象从Survivor一个区移动到另一个区，并回收不可达对象)

2.2 老年代

目标：存储生命周期长的大对象(需要大量内存)，不会轻易触发MajorGC

根据使用的垃圾收集器不同，收集算法也不同；通常为FullGC；

如：MajorGC只有CMS收集器有，如果使用G1收集器，还会触发MixedGC；

2.3 堆的内存分配方式

JVM使用不同的垃圾收集器，堆内存的分配方式也不同：

1、指针碰撞：使用带有整理的算法收集器，采用此分配；堆内存规整；(Serial、Parallel) 2、空闲列表：使用基于清除的算法，采用此分配，有内存碎片，不规整；(CMS) 3、本地线程分配缓存(TLAB)：G1

2.4 老年代空间担保机制

MinorGC触发时，会检测：

1、老年代空闲内存是否大于年轻代对象总和？ 如果大于，则正常执行MinorGC，如果小于，则判断第二个条件：

2、老年代空闲内存是否大于之前每次MinorGC后进入老年代的总对象的平均大小 如果大于，则正常执行MinorGC，如果小于，则执行FullGC

3. 线程共享区：运行时常量池

常量池的目的：

1. 避免频繁的创建和销毁对象而影响系统性能，其实现了对象的共享。
2. 节省内存空间：常量池中所有相同的字符串常量被合并，只占用一个空间。

字符串常量池(堆中)：String Pool；专门为字符串开辟的内存空间；在堆空间存放字符串对象的一张字符串表；

• 当需要创建字符串常量时，先看字符串常量池有没有该字符串；存在则使用；
• 不存在，则实例化要创建的字符串，并放入池中；
• 字符串常量池不会参与GC；常驻内存；

常量池的相关参数：

• -XX:+PrintStringTableStatistics
  ：打印常量池信息；
• -XX:StringTableSize=60009
  ：限制StringTable的bucket个数，99.9不需要此参数，设置太大太小，都会影响性能；

4. 线程共享区：方法区(Non-Heap)

方法区是虚拟机规范中定义的一个抽象概念，虚拟机规范中也并没有规定方法区一定要在堆内存中，不同的虚拟机的方法区有不同的实现方式；

Hotspot虚拟机的实现：

• 永久代(JDK7)：堆内存；包含：类的元信息、常量池、静态变量；
• 元空间(JDK8)：堆外本地内存；包含：类的元信息；(常量池、静态变量存放在堆中)

元空间工作方式

元空间存储：

1. class文件常量池：已经被虚拟机加载的类的元数据信息：类名、方法、字段信息、字节码；
   • [符号引用]就是字符串；
   • 直接引用，可以被程序识别的内存地址；
2. 运行时常量池：每个类都有一个运行时常量池；从class常量池中构建的运行时使用的常量引用和符号引用；

元空间特点

• 不占用JVM内存，占用本地内存
• 为每一个类加载器分配一块内存，此内存与对应的类加载器生命周期相同
• 元空间默认不会卸载Class，只会通过FullGC来回收元空间中不再使用的class信息(对应的类加载器已死)

5. 线程共享区：直接内存

• 不受JVM管理；
• 回收成本高，读写性能高，少一次内存拷贝；常用于数据缓冲，如NIO的ByteBuffer；
• 直接内存也会内存溢出：
  java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory

直接内存不由GC管理，由

• 直接内存手动分配：
  unsafe.allocateMemory()
• 直接内存手动释放：
  unsafe.freeMemory()

直接内存相关JVM参数

• 禁止使用此参数，会导致直接内存无法回收，会造成直接内存长时间得不到释放；
• 一定要手动释放内存，请使用
  Unsafe

6. 相关问题

3.1 为什么要分年轻代和老年代？

不同的对象的生命周期是不一样的。因此，不同生命周期的对象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。

1、如果不考虑GC性能的话，完全不需要新生代，全部对象创建在一个区域，一起回收即可；

2、因为每次回收都需要遍历所有存活对象，对于生命周期长的对象而言，这种遍历是没有效果的，他们依旧存在

3.2 为什么用元空间代替永久代

即：为什么元空间不占用Heap内存？

1、类的元数据内存回收调优困难

2、程序运行过程中，动态加载频繁，如果动态加载类太多，容易OOM；不放入堆区，可以不限制其内存；