这一次，终于系统的学习了 JVM 内存结构

最近在看《 JAVA并发编程实践 》这本书，里面涉及到了 Java 内存模型，通过 Java 内存模型顺理成章的了解到 JVM 内存结构，关于 JVM 内存结构也许大学的课堂上老师给我们讲过，也许没有，反正我对这一块有一点点的了解，但是从来没有系统的学习过，所以这一次我把《 深入理解Java虚拟机JVM高级特性与最佳实践 》、《 Java虚拟机规范 Java SE 8版 》这两本书中关于 JVM 内存结构的部分都看了一遍，算是对 JVM 内存结构有了新的认识。JVM 内存结构是指：Java 虚拟机定义了若干种程序运行期间会使用的运行时数据区，其中有一些会随着虚拟机启动而创建，随着虚拟机退出而销毁，另一些则与线程一一对应，随着线程的开始而创建，随着线程的结束而销毁。具体的运行时数据区如下图所示：

JVM 内存结构

在 Java 虚拟机规范中，定义了五种运行时数据区，分别是 Java 堆、方法区、虚拟机栈、本地方法区、程序计数器，其中 Java 堆和方法区是线程共享的。接下来就具体看看这 五种运行时数据区。

Java 堆(Heap)

Java 堆是所有线程共享的一块内存区域，它在虚拟机启动时 就会被创建，并且单个 JVM 进程有且仅有一个 Java 堆。Java 堆是用来存放对象实例及数组，也就是说我们代码中通过 new 关键字 new 出来的对象都存放在这里。所以这里也就成为了垃圾回收器的主要活动营地了，于是它就有了一个别名叫做 GC 堆，根据垃圾回收器的规则，我们可以对 Java 堆进行进一步的划分，具体 Java 堆内存结构如下图所示：

Java 堆内存结构

我们可以将 Java 堆划分为新生代和老年代两个大模块，在新生代中，我们又可以进一步分为 Eden 空间、From Survivor 空间(s0)、To Survivor 空间(s1)，Survivor 空间有一个为空，用于发生 GC 时存放存活对象，老年代存放的是经过多次 Minor GC 仍然存活的对象或者是一些大对象，FGC 就是发生在老年代。

上面就是 Java 堆的具体结构，我们也知道 Java 堆中的各空间大小，我们是可以动态控制的，这个在图中我也进行了简单的标注，下面我们一起来详细的了解一下这三个参数：

• -Xms：JVM启动时申请的初始Heap值，默认为操作系统物理内存的1/64，例如-Xms20m
• -Xmx：JVM可申请的最大Heap值，默认值为物理内存的1/4，例如-Xmx20m，我们最好将 -Xms 和 -Xmx 设为相同值，避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存;
• -Xmn：设置新生代的内存大小，-Xmn 是将NewSize与MaxNewSize设为一致，我们也可以分别设置这两个参数

在 Java 堆中会发生 OOM 异常，当我们的 Java 堆内有足够的空间去完成实例分配时，并且堆也无法扩展，将会抛出我们常见的OutOfMemoryError 异常，如下图所示：

OutOfMemoryError 异常

关于 OOM 异常，我还是想多说一句，网上有一道非常火的面试题：JVM 堆内存溢出后，其他线程是否可继续工作?，我个人觉得不少回答是错误的，有兴趣的可以研究一下。

方法区(Method Area)

方法区(Method Area)与 Java 堆一样，是各个线程共享的内存区域，是 Java 虚拟机中唯二的内存共享区域。在 Java 虚拟机规范中是这样定义方法区的：它存储了每个类的结构信息，例如运行时常量池、字段、方法数据、构造函数和普通方法的字节码内容，还包括一些在类、实例、接口初始化时用到的特殊方法。

方法区在虚拟机启动的时候被创建，虽然方法区是堆的逻辑组成部分，但是简单的虚拟机实现可以选择在这个区域不实现垃圾收集与压缩，方法区在实际内存空间中可以不是连续的，对于方法区的容量，你可以是固定的，也可以随着程序的执行动态扩展，并且在不需要过多空间时自动收缩。

上面都是 Java 虚拟机中的规范，来看看具体的实现，拿我们常用的 HotSpot 虚拟机来说，在 JDK1.8 之前，方法区也被称作为永久代，这个方法区会发生我们常见的 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 异常，我们也可以通过启动参数来控制方法区的大小：

• -XX:PermSize 设置最小空间
• -XX:MaxPermSize 设置最大空间

在 JDK1.8 之后，HotSpot 虚拟机对方法区进行了不小的改动，彻底移除了永久代，将原来存放在永久代的数据迁移至 Java 堆 或者 Metaspace，方法区被移至到了 Metaspace，字符串常量移至 Java Heap，换句话说就是 JDK1.8 开始，Metaspace 也就是我们所谓的方法区，为什么要做这个改变呢?也许是基于以下两点原因：

• 由于 PermGen 内存经常会溢出，引发恼人的 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen，因此 JVM 的开发者希望这一块内存可以更灵活地被管理，不要再经常出现这样的 OOM
• 移除 PermGen 可以促进 HotSpot JVM 与 JRockit VM 的融合，因为 JRockit 没有永久代。

我们也可以通过设置参数来控制 Metaspace 的空间大小，主要有以下几个命令：

• -XX:MetaspaceSize ：分配给类元数据空间(以字节计)的初始大小。MetaspaceSize的值设置的过大会延长垃圾回收时间。垃圾回收过后，引起下一次垃圾回收的类元数据空间的大小可能会变大。
• -XX:MaxMetaspaceSize：分配给类元数据空间的最大值，超过此值就会触发Full GC，此值默认没有限制，但应取决于系统内存的大小。JVM会动态地改变此值。
• -XX:MinMetaspaceFreeRatio：表示一次GC以后，为了避免增加元数据空间的大小，空闲的类元数据的容量的最小比例，不够就会导致垃圾回收。
• -XX:MaxMetaspaceFreeRatio：表示一次GC以后，为了避免增加元数据空间的大小，空闲的类元数据的容量的最大比例，不够就会导致垃圾回收。

Java 虚拟机栈(JVM Stacks)

（编辑：核心网）

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