01 JVM記憶體模型的劃分
由于我們生産環境使用的虛拟機HotSpot 居多，是以下面的描述都是基于HotSpot 虛拟機而言的，對于其他類型的虛拟機，如 JRockit（Oracle）、J9（IBM） 可能并不太一樣
根據虛拟機規範，JVM的記憶體分為 堆、虛拟機棧、本地方法棧、程式計數器、本地方法棧5部分
JDK 1.8 同 JDK 1.7 比，最大的差别就是：中繼資料區取代了永久代。元空間的本質和永久代類似，都是對 JVM 規範中方法區的實作。不過元空間與永久代之間最大的差別在于：中繼資料空間并不在虛拟機中，而是使用本地記憶體
image.png
推薦：NB大廠連環問，JVM到骨髓（基礎-面試-調優），瞬間漲薪3K不成問題！
1.1 虛拟機棧
每個線程有一個私有的棧，随着線程的建立而建立。棧裡面存着的是一種叫“棧幀”的東西，每個方法會建立一個棧幀，棧幀中存放了局部變量表（基本資料類型和對象引用）、操作數棧、方法出口等資訊。棧的大小可以固定也可以動态擴充。當棧調用深度大于JVM所允許的範圍，會抛出StackOverflowError的錯誤
虛拟機棧的特點
- 局部變量表随着棧幀的建立而建立，它的大小在編譯時确定，建立時隻需配置設定事先規定的大小即可。在方法運作過程中，局部變量表的大小不會發生改變
- Java 虛拟機棧也是線程私有，随着線程建立而建立，随着線程的結束而銷毀
- Java 虛拟機棧會出現兩種異常：StackOverFlowError （若 Java 虛拟機棧的大小不允許動态擴充，那麼當線程請求棧的深度超過目前 Java 虛拟機棧的最大深度時，抛出 StackOverFlowError 異常）和 OutOfMemoryError（若允許動态擴充，那麼當線程請求棧時記憶體用完了，無法再動态擴充時，抛出 OutOfMemoryError 異常）
image.png
1.2 本地方法棧
本地方法棧是為 JVM 運作 Native 方法準備的空間，由于很多 Native 方法都是用 C 語言實作的，是以它通常又叫 C 棧。它與 Java 虛拟機棧實作的功能類似，隻不過本地方法棧是描述本地方法運作過程的記憶體模型。本地方法被執行時，在本地方法棧也會建立一塊棧幀，用于存放該方法的局部變量表、操作數棧、動态連結、方法出口資訊等。方法執行結束後，相應的棧幀也會出棧，并釋放記憶體空間。也會抛出 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 異常。
1.3 PC 寄存器計數器
PC 寄存器，也叫程式計數器。JVM支援多個線程同時運作，每個線程都有自己的程式計數器。倘若目前執行的是 JVM 的方法，則該寄存器中儲存目前執行指令的位址；倘若執行的是native 方法，則PC寄存器中為空
1.4 堆
堆記憶體是 JVM 所有線程共享的部分，在虛拟機啟動的時候就已經建立。所有的對象和數組都在堆上進行配置設定。這部分空間可通過 GC 進行回收。當申請不到空間時會抛出 OutOfMemoryError
堆的特點：
- 線程共享，整個 Java 虛拟機隻有一個堆，所有的線程都通路同一個堆。而程式計數器、Java 虛拟機棧、本地方法棧都是一個線程對應一個
- 在虛拟機啟動時建立
- 垃圾回收的主要場所
- 可分為：新生代(Eden區 From Survior To Survivor)、老年代
1.5 方法區
- Java 虛拟機規範中定義方法區是堆的一個邏輯部分。
- 方法區也是所有線程共享。主要用于存儲已經被虛拟機加載的類的資訊、常量池、方法資料、方法代碼等。方法區邏輯上屬于堆的一部分，但是為了與堆進行區分，通常又叫 非堆 。需要注意的是，方法區隻是規範上面的一個邏輯概念，并不是真實的實體存儲的命名
1.6 直接記憶體（堆外記憶體）
直接記憶體是除 Java 虛拟機之外的記憶體，但也可能被 Java 使用，直接記憶體的大小不受 Java 虛拟機控制，但既然是記憶體，當記憶體不足時就會抛出 OutOfMemoryError 異常
直接記憶體與堆記憶體比較：
- 直接記憶體申請空間耗費更高的性能
- 直接記憶體讀取 IO 的性能要優于普通的堆記憶體
02 JVM記憶體模型各部分的存儲資訊
image.png
03 針對JDK6、JDK7、JDK8三個版本的JVM記憶體模型調整說明
3.1 對永久代PermGen的說明
- 永久代是方法區在hotspot的一個具體實作。通過在運作時資料區域開辟空間實作方法區。
- hotspot jdk7 之前的永久代，比較完整
- 從jdk7以後方法區就“四分五裂了”，不再是在單一的一個去區域内進行存儲
- 在jdk8，移除了永久代，被Metsspace取代了，且Metsspace不在JVM堆内，放入了本地記憶體，元空間也就成了方法區的主要存放位置
絕大部分 Java 程式員應該都見過 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 這個異常
這裡的 “PermGen space”其實指的就是方法區。不過方法區和“PermGen space”又有着本質的差別。前者是 JVM 的規範，而後者則是 JVM 規範的一種實作，并且隻有 HotSpot 才有 “PermGen space”，而對于其他類型的虛拟機，如 JRockit（Oracle）、J9（IBM） 并沒有“PermGen space”。由于方法區主要存儲類的相關資訊，是以對于動态生成類的情況比較容易出現永久代的記憶體溢出。最典型的場景就是，在 jsp 頁面比較多的情況，容易出現永久代記憶體溢出
3.2 對Metaspace元空間的說明
-XX:MetaspaceSize，初始空間大小，達到該值就會觸發垃圾收集進行類型解除安裝，同時GC會對該值進行調整：如果釋放了大量的空間，就适當降低該值；如果釋放了很少的空間，那麼在不超過MaxMetaspaceSize時，适當提高該值。
-XX:MaxMetaspaceSize，最大空間，預設是沒有限制的。
除了上面兩個指定大小的選項以外，還有兩個與 GC 相關的屬性：
-XX:MinMetaspaceFreeRatio，在GC之後，最小的Metaspace剩餘空間容量的百分比，減少為配置設定空間所導緻的垃圾收集
-XX:MaxMetaspaceFreeRatio，在GC之後，最大的Metaspace剩餘空間容量的百分比，減少為釋放空間所導緻的垃圾收集 - 符号引用(Symbols)轉移到了native heap；
- 字面量(interned strings)轉移到了java heap；
- 類的靜态變量(class statics)轉移到了java heap
3.3 元空間特點
- 類及相關的中繼資料的生命周期與類加載器的一緻，如果GC發現某個類加載器不再存活了，才會把相關的空間整個回收掉
- 每個類加載器有專門的存儲空間
- 隻進行線性配置設定，省掉了GC掃描及壓縮的時間
- 元空間裡的對象的位置是固定的
04 JVM記憶體劃分調整的幾個原因點分析
- 字元串存在永久代中，容易出現性能問題和記憶體溢出
- 類及方法的資訊等比較難确定其大小，是以對于永久代的大小指定比較困難，太小容易出現永久代溢出，太大則容易導緻老年代溢出
- 永久代會為 GC 帶來不必要的複雜度，并且回收效率偏低