JVM简介

关于java的JVM这块儿知识，在项目做大之后，一些性能的优化，要涉及到数据库，一些缓存要放在内存中。还有一些JMS的消息传播等等，高大上的知识需要有JVM内存模型知识的支持。所以自问自答，来回答下面几个问题。

1.说说内存和JVM内存和Tomcat的内存。

　　内存，就是我们常常说的电脑上的内存。比如我的手机是1G内存，台式机电脑是4G内存。

　　JVM内存，我们知道JVM内存分为堆和非堆两部分，那么JVM内存就是这两个区域的内存和，也是java语言涉及到的内存。堆内存最大可以分配到物理内存的1/4，非堆内存最大同样也可以分配到物理内存的1/4，那么JVM内存最大就是可以分配到内存的1/2.（补充部分详细解释一下具体配置的几个参数）

　　tomcat是一个容器，容器是按规则加载类，并运行类的。tomcat内存本质上就是JVM内存。我们常见的java.lang.OutOfMemoryError等相应内存溢出，就是通过调整JVM内存来解决的。

补充知识：

　　容器、组件、Tomcat、Servlet、JSP概念区分。先来说说组件，组件是能够完成某种功能并且向外提供若干个使用这种功能的接口的可重用代码集。表现形式为常见的（库\包），组件将一些类和接口组织起来，对外暴露一个或多个接口，供外界调用。如开发JDBC时所使用的JAR包，其中就包含了，JDBC的API，我们开发JDBC实际上就是使用这些JAR包里的API，也就是说，使用了JDBC组件提供的功能，这些功能，通过接口申明体现。容器和组件的关系，容器（规范）＋组件（规范）＝程序。容器提供了运行环境，包括事务支持,日志等，组件则是提供了完成某种功能的模块。中间件，中间件是基础软件的一大类，属于可复用软件。中间件处于操作系统软件与用户的应用软件的中间。中间件在操作系统、网络和数据库之上，应用软件的下层，总的作用是为处于自己上层的应用软件提供运行与开发的环境，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件。

　　比方说你采用J2EE体系结构，如果你用到Servlet技术就肯定要一个Web容器，用到EJB就肯定需要一个EJB容器，其他同理。用servlet，你只需要简单的实现doPost()等接口就可以了，其它的由容器帮你处理，其他的由中间件服务器帮你处理。你操作数据库，有中间件jdbc帮你处理，JDBC只是J2EE标准体系的一个组件。容器是用来提供运行环境的，是用来“装”东西的，什么东西，依赖这个容器提供运行环境的组件。Tomcat对外整体是web容器，但是他是用来运行servlet和jsp的。

补充知识：
　看看SUN公司的官方文档：“Java 虚拟机具有一个堆，堆是运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配。堆是在 Java 虚拟机启动时创建的。”“在JVM中堆之外的内存称为非堆内存(Non-heap memory)”。可以看出JVM主要管理两种类型的内存：堆和非堆。简单来说堆就是Java代码可及的内存，是留给开发人员使用的；非堆就是JVM留给自己用的，所以方法区、JVM内部处理或优化所需的内存(如JIT编译后的代码缓存)、每个类结构(如运行时常数池、字段和方法数据)以及方法和构造方法的代码都在非堆内存中。

 堆内存
　　　　概念：堆内存分配JVM初始分配的内存由-Xms指定，默认是物理内存的1/64；JVM最大分配的内存由-Xmx指定，默认是物理内存的1/4。
　　　　特点：默认空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制；空余堆内存大于70% 时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制。因此服务器一般设置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC 后调整堆的大小。 
非堆内存
　　　　非堆内存分配JVM使用-XX:PermSize设置非堆内存初始值，默认是物理内存的1/64；由XX:MaxPermSize设置最大非堆内存的大小，默认是物理内存的1/4。 
　　　　特点：JVM内存限制(最大值)首先JVM内存限制于实际的最大物理内存，假设物理内存无限大的话，JVM内存的最大值跟操作系统有很大的关系。简单的说就32位处理器虽然可控内存空间有4GB,但是具体的操作系统会给一个限制，这个限制一般是2GB-3GB（一般来说Windows系统下为1.5G-2G，Linux系统下为2G-3G），而64bit以上的处理器就不会有限制了。

2.详细说下JVM内存策略，然后后面再分析GC对这些领土的管理。

JVM简介

JVM中的堆， JVM初始分配的内存由-Xms指定，默认是物理内存的1/64；JVM最大分配的内存由-Xmx指定，默认是物理内存的1/4。默认空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制；空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到 -Xms的最小限制。因此服务器一般设置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC后调整堆的大小。对象的堆内存由称为垃圾回收器的自动内存管理系统回收。

　　堆：Young Generation包括有Eden和两个Survivor space，Eden区用来存放新生对象，Survivor区用来存放每次垃圾回收之后存活的对象。Old Generation用于存放应用程序中生命周期长的存活对象。

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非堆：JVM使用-XX:PermSize设置非堆内存初始值，默认是物理内存的1/64；由XX:MaxPermSize设置最大非堆内存的大小，默认是物理内存的1/4。非堆内存包括Permanent Generation和Code Cache两部分，Permanent的英语本义是永恒的持久的。Permanent Generation用来保存虚拟机自己的静态(refective)数据，主要存放加载的Class类级别静态对象如class本身，method，field等等。permanent generation空间不足会引发full GC(GC分为年轻代GC和年老带GC，full GC就是回收老年代的GC)。Code Cache，用于编译和保存本地代码的代码。

JVM简介

说说JVM内存分配的过程，首先把对象放在Eden区，若Eden空间足够，结束内存分配，如果不够，垃圾回收Eden区，释放Eden区不活跃的对象，若还是放不下对象，则放入Survivor区，Survivor区用来作为Eden和Old的中间交换区域，当old区空间足够时，Survivor空间的区域会被移动到Old区。当Old区空间不够时，GC会在Old区进行full GC。在相应的GC之后，Survivor区和Old区仍然没有足够空间放下对象，那么出现out of memory报错。

JVM简介

接下来我们重点看看非堆的构成，我们按照我们记忆的逻辑堆到非堆，然后细分开非堆的内存构成来理解，如下：

第一，程序计数器。

关键字：类似组成原理中的程序计数器(指令指示 VS 字节码行号指示器)；线程私有；无异常区域；

详细描述：程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。由于Java 虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。如果线程正在执行的是一个Java 方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Natvie 方法，这个计数器值则为空（Undefined）。此内存区域是唯一一个在Java 虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError 情况的区域。

第二，栈(又叫Java虚拟机栈、又叫Java栈)

关键字：线程私有；存放局部变量表(基本数据类型+应用数据类型)；编译期完成局部变量表的分配；码农关心它和堆；有异常OutOfMemoryError；

详细描述：与程序计数器一样，Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java 方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。经常有人把Java 内存区分为堆内存（Heap）和栈内存（Stack），这种分法比较粗糙，Java 内存区域的划分实际上远比这复杂。这种划分方式的流行只能说明大多数程序员最关注的、与对象内存分配关系最密切的堆内存区域是这两块而所指的“栈”就是现在讲的虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中的局部变量表部分。局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference 类型，它不等同于对象本身，根据不同的虚拟机实现，它可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置）和returnAddress 类型（指向了一条字节码指令的地址）。其中64 位长度的long 和double 类型的数据会占用2 个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用1 个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配(所以Java中的局部变量必须要人工初始化)，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。在Java 虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError 异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java 虚拟机都可动态扩展，只不过Java 虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError 异常。

第三，本地方法栈

关键字：虚拟机栈执行Java方法 VS 本地方法栈执行虚拟机的Native方法；

详细描述：本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java 方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native 方法服务。虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（譬如Sun HotSpot 虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError 和OutOfMemoryError异常。

第四，堆

关键字：码农青睐堆栈(堆线程共享)(栈线程私有)；堆是放new出来的东西；

详细描述：对于大多数应用来说，Java 堆是Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java 堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。这一点在Java 虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域。如果从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java 堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden 空间、From Survivor 空间、To Survivor 空间等。如果从内存分配的角度看，线程共享的Java 堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread LocalAllocation Buffer，TLAB）。不过，无论如何划分，都与存放内容无关，无论哪个区域，存储的都仍然是对象实例，进一步划分的目的是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。根据Java 虚拟机规范的规定，Java 堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过-Xmx和-Xms 控制）。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError 异常。

第五，方法区

关键字：线程共享；存放常量静态变量类信息；

详细描述：方法区与Java 堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java 堆区分开来。Java 虚拟机规范对这个区域的限制非常宽松，除了和Java 堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般来说这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分区域的回收确实是有必要的。在Sun 公司的BUG 列表中，曾出现过的若干个严重的BUG 就是由于低版本的HotSpot 虚拟机对此区域未完全回收而导致内存泄漏。根据Java 虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError 异常。

第六，运行时常量池

关键字：

详细描述：运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class 文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。Java 虚拟机对Class 文件的每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求，这样才会被虚拟机认可、装载和执行。但对于运行时常量池，Java 虚拟机规范没有做任何细节的要求，不同的提供商实现的虚拟机可以按照自己的需要来实现这个内存区域。不过，一般来说，除了保存Class 文件中描述的符号引用外，还会把翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。运行时常量池相对于Class 文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，Java 语言并不要求常量一定只能在编译期产生，也就是并非预置入Class 文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池，运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String 类的intern() 方法。既然运行时常量池是方法区的一部分，自然会受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError 异常。

第七，直接内存

描述：

直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError 异常出现，所以我们放到这里一起讲解。在JDK 1.4 中新加入了NIO（New Input/Output）类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的I/O 方式，它可以使用Native 函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java 堆里面的DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java 堆和Native 堆中来回复制数据。

JVM学习 - 体系结构内存模型

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显然，本机直接内存的分配不会受到Java 堆大小的限制，但是，既然是内存，则肯定还是会受到本机总内存（包括RAM 及SWAP 区或者分页文件）的大小及处理器寻址空间的限制。服务器管理员配置虚拟机参数时，一般会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常会忽略掉直接内存，使得各个内存区域的总和大于物理内存限制（包括物理上的和操作系统级的限制），从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。逻辑内存模型我们已经看到了，那当我们建立一个对象的时候是怎么进行访问的呢？在Java 语言中，对象访问是如何进行的？对象访问在Java 语言中无处不在，是最普通的程序行为，但即使是最简单的访问，也会却涉及Java 栈、Java 堆、方法区这三个最重要内存区域之间的关联关系，如下面的这句代码：

Object obj = new Object();

假设这句代码出现在方法体中，那“Object obj”这部分的语义将会反映到Java 栈的本地变量表中，作为一个reference 类型数据出现。而“new Object()”这部分的语义

将会反映到Java 堆中，形成一块存储了Object 类型所有实例数据值（Instance Data，对

象中各个实例字段的数据）的结构化内存，根据具体类型以及虚拟机实现的对象内存布

局（Object Memory Layout）的不同，这块内存的长度是不固定的。另外，在Java 堆中

还必须包含能查找到此对象类型数据（如对象类型、父类、实现的接口、方法等）的地

址信息，这些类型数据则存储在方法区中。

由于reference 类型在Java 虚拟机规范里面只规定了一个指向对象的引用，并没有

定义这个引用应该通过哪种方式去定位，以及访问到Java 堆中的对象的具体位置，因此

不同虚拟机实现的对象访问方式会有所不同，主流的访问方式有两种：使用句柄和直接

指针。

如果使用句柄访问方式，Java 堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，reference