JVM基本概念

Jvm是java虚拟机，主要是识别.class文件。并且能够解析它的指令，最终去调用操作系统上的函数。 使用javac将java程序编译成.class文件后，是需要java命令去执行它，但是操作系统并不认识，所以需要jvm去进行翻译.class文件。 有了jvm,java就可以实现跨平台。在不同操作系统上，我们就需要提供不同的jdk平台版本

跨语言：jvm只识别.class文件 所以不同语言只要编译成.class文件就可以实现跨语言。

JVM、JRE、JDK的关系

JVM:只是将.class文件翻译成机器能识别的机器码，如果我们编写代码 那就需要jre,它包含jvm,同时包含很多类库，这样就组成了运行时环境。而jdk是编译代码、调试代码、反编译代码等等 如javac ，所以是jdk包含jre jre包含jvm.

JVM整体

一个 Java 程序，首先经过 javac 编译成 .class 文件，然后 JVM 将其加载到方法区，执行引擎将会执行这些字节码。执行时，会翻译成操作系统相关的函数

我们所说的 JVM，狭义上指的就 HotSpot（因为JVM有很多版本，但是使用最多的是HotSpot）

运行时数据区域

java 引以为豪的就是它的自动内存管理机制。在 Java 中，JVM 内存主要分为堆、程序计数器、方法区、虚拟机栈和本地方法栈。

虚拟机栈

程序计数器: 很小一块内存空间，基本上是int型大小，所以基本上是不会出现oom的，毕竟程序计数器是存活于线程。当前线程执行的字节码的行号指示器，作用是 当执行的线程数量超过 CPU 核数时，线程之间会根据时间片轮询争夺 CPU 资源。如果一个线程的时间片用完了，或者是其它原因导致这个线程的 CPU 资源被提前抢夺，那么这个退出的线程就需要单独的一个程序计数器，来记录下一条运行的指令。

虚拟机栈： 先进后出(FILO)的数据结构。虚拟机栈在JVM运行过程中存储当前线程运行方法所需的数据，指令、返回地址。Java 虚拟机栈是基于线程的。哪怕你只有一个 main() 方法，也是以线程的方式运行的。在线程的生命周期中，参与计算的数据会频繁地入栈和出栈，栈的生命周期是和线程一样的。 栈里的每条数据，就是栈帧。在每个 Java 方法被调用的时候，都会创建一个栈帧，并入栈。一旦完成相应的调用，则出栈。所有的栈帧都出栈后，线程也就结束了。

每个栈帧，都包含四个区域：(局部变量表、操作数栈、动态连接、返回地址)

栈的大小缺省为1M，可用参数 –Xss调整大小，例如-Xss256k

局部变量表: 顾名思义就是局部变量的表，用于存放我们的局部变量的。主要存放我们的Java的八大基础数据类型和对象的引用地址。

操作数据栈：存放我们方法执行的操作数的，它就是一个栈，先进后出的栈结构，操作数栈，就是用来操作的，操作的的元素可以是任意的java数据类型

动态连接: Java语言特性多态（需要类运行时才能确定具体的方法）。

返回地址: 正常返回（调用程序计数器中的地址作为返回）、异常的话（通过异常处理器表<非栈帧中的>来确定）

字节码助记码解释地址：cloud.tencent.com/developer/a…

本地方法栈

本地方法栈跟 Java 虚拟机栈的功能类似，Java 虚拟机栈用于管理 Java 函数的调用，而本地方法栈则用于管理本地方法的调用。但本地方法并不是用 Java 实现的，而是由 C 语言实现的。

本地方法栈是和虚拟机栈非常相似的一个区域，它服务的对象是 native 方法。你甚至可以认为虚拟机栈和本地方法栈是同一个区域。

虚拟机规范无强制规定，各版本虚拟机自由实现 ，HotSpot直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一 。

线程共享的区域

方法区

方法区主要是用来存放已被虚拟机加载的类相关信息，包括类信息、静态变量、常量、运行时常量池、字符串常量池。

JVM 在执行某个类的时候，必须先加载。在加载类（加载、验证、准备、解析、初始化）的时候，JVM 会先加载 class 文件，而在 class 文件中除了有类的版本、字段、方法和接口等描述信息外，还有一项信息是常量池 (Constant Pool Table)，用于存放编译期间生成的各种字面量和符号引用。

方法区与堆空间类似，也是一个共享内存区，所以方法区是线程共享的。假如两个线程都试图访问方法区中的同一个类信息，而这个类还没有装入 JVM，那么此时就只允许一个线程去加载它，另一个线程必须等待。在 HotSpot 虚拟机、Java7 版本中已经将永久代的静态变量和运行时常量池转移到了堆中，其余部分则存储在 JVM 的非堆内存中，而 Java8 版本已经将方法区中实现的永久代去掉了，并用元空间（class metadata）代替了之前的永久代，并且元空间的存储位置是本地

元空间大小参数：****

jdk1.7及以前（初始和最大值）：-XX:PermSize；-XX:MaxPermSize；

jdk1.8以后（初始和最大值）：-XX:MetaspaceSize； -XX:MaxMetaspaceSize

jdk1.8以后大小就只受本机总内存的限制（如果不设置参数的话）

JVM参数参考：docs.oracle.com/javase/8/do…

Java8 为什么使用元空间替代永久代，这样做有什么好处呢？

官方给出的解释是：

移除永久代是为了融合 HotSpot JVM 与 JRockit VM 而做出的努力，因为 JRockit 没有永久代，所以不需要配置永久代。

永久代内存经常不够用或发生内存溢出，抛出异常 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen。这是因为在 JDK1.7 版本中，指定的 PermGen 区大小为 8M，由于 PermGen 中类的元数据信息在每次 FullGC 的时候都可能被收集，回收率都偏低，成绩很难令人满意；还有，为 PermGen 分配多大的空间很难确定，PermSize 的大小依赖于很多因素，比如，JVM 加载的 class 总数、常量池的大小和方法的大小等。

堆

堆是 JVM 上最大的内存区域，我们申请的几乎所有的对象，都是在这里存储的。我们常说的垃圾回收，操作的对象就是堆。

堆空间一般是程序启动时，就申请了，但是并不一定会全部使用。

随着对象的频繁创建，堆空间占用的越来越多，就需要不定期的对不再使用的对象进行回收。这个在 Java 中，就叫作 GC（Garbage Collection）。

那一个对象创建的时候，到底是在堆上分配，还是在栈上分配呢？这和两个方面有关：对象的类型和在 Java 类中存在的位置。

Java 的对象可以分为基本数据类型和普通对象。

对于普通对象来说，JVM 会首先在堆上创建对象，然后在其他地方使用的其实是它的引用。比如，把这个引用保存在虚拟机栈的局部变量表中。

注意： 大部分对象都是分配在堆上，但是有些是分配在栈上，这就涉及到方法逃逸。 逃逸方法基本原理： 分析对象动态作用域，当一个对象在方法里面被定义后，它可能被外部方法所引用，例如作为调用参数传递到其他方法中，这种行为被称为方法逃逸； 换句话说 就是只在方法体内使用的引用对象，就直接分配在栈上

栈上分配（Stack Allocations）：如果能够确定一个对象不会逃逸出线程之外，可以让该对象在栈空间上进行分配，对象所占用的内存空间就会随着栈帧出栈而销毁。这样做的好处就是减少资源消耗，对于JVM来说，对垃圾对象进行标记以及回收过程，都会消耗很多的资源，利用栈来分配会减少JVM标记回收对象的数量，减轻回收压力。

堆大小参数：****

-Xms：堆的最小值；

-Xmx：堆的最大值；

-Xmn：新生代的大小；

-XX:NewSize；新生代最小值；

-XX:MaxNewSize：新生代最大值；

例如- Xmx256m

直接内存

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；如果使用了NIO,这块区域会被频繁使用，在java堆内可以用directByteBuffer对象直接引用并操作；

这块内存不受java堆大小限制，但受本机总内存的限制，可以通过-XX:MaxDirectMemorySize来设置（默认与堆内存最大值一样），所以也会出现OOM异常。

从底层深入理解运行时数据区

当我们通过 Java 运行以上代码时，JVM 的整个处理过程如下：

1.  JVM 向操作系统申请内存，JVM 第一步就是通过配置参数或者默认配置参数向操作系统申请内存空间。

2.  JVM 获得内存空间后，会根据配置参数分配堆、栈以及方法区的内存大小。

3.  完成上一个步骤后， JVM 首先会执行构造器，编译器会在.java 文件被编译成.class 文件时，收集所有类的初始化代码，包括静态变量赋值语句、静态代码块、静态方法，静态变量和常量放入方法区

4.  执行方法。启动 main 线程，执行 main 方法，开始执行第一行代码。此时堆内存中会创建一个 Teacher 对象，对象引用 student 就存放在栈中。

** 注意：栈的内存要远远小于堆内存**

内存溢出

栈溢出

参数：-Xss1m， 具体默认值需要查看官网：docs.oracle.com/javase/8/do…

HotSpot版本中栈的大小是固定的，是不支持拓展的。

java.lang.StackOverflowError  一般的方法调用是很难出现的，如果出现了可能会是无限递归。

虚拟机栈带给我们的启示：方法的执行因为要打包成栈桢，所以天生要比实现同样功能的循环慢，所以树的遍历算法中：递归和非递归(循环来实现)都有存在的意义。递归代码简洁，非递归代码复杂但是速度较快。

OutOfMemoryError：不断建立线程，JVM申请栈内存，机器没有足够的内存。（一般演示不出，演示出来机器也死了）

堆溢出

内存溢出：申请内存空间,超出最大堆内存空间。

如果是内存溢出，则通过 调大 -Xms，-Xmx参数。

如果不是内存泄漏，就是说内存中的对象却是都是必须存活的，那么久应该检查JVM的堆参数设置，与机器的内存对比，看是否还有可以调整的空间，再从代码上检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长、存储结构设计不合理等情况，尽量减少程序运行时的内存消耗。

方法区溢出

（ 1 ） 运行时常量池溢出

（ 2 ） 方法区中保存的 Class 对象没有被及时回收掉或者 Class 信息占用的内存超过了我们配置。****

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注意 Class 要被回收，条件比较苛刻（仅仅是可以，不代表必然，因为还有一些参数可以进行控制）：****

1、 该类所有的实例都已经被回收，也就是堆中不存在该类的任何实例。****

2、  加载该类的ClassLoader已经被回收。

3、  该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

本机直接内存溢出

直接内存的容量可以通过MaxDirectMemorySize来设置（默认与堆内存最大值一样），所以也会出现OOM异常；

由直接内存导致的内存溢出，一个比较明显的特征是在HeapDump文件中不会看见有什么明显的异常情况，如果发生了OOM，同时Dump文件很小，可以考虑重点排查下直接内存方面的原因。

虚拟机优化技术

编译优化技术——方法内联

方法内联的优化行为，就是把目标方法的代码原封不动的“复制”到调用的方法中，避免真实的方法调用而已。

栈的优化技术——栈帧之间数据的共享

在一般的模型中，两个不同的栈帧的内存区域是独立的，但是大部分的JVM在实现中会进行一些优化，使得两个栈帧出现一部分重叠。（主要体现在方法中有参数传递的情况），让下面栈帧的操作数栈和上面栈帧的部分局部变量重叠在一起，这样做不但节约了一部分空间，更加重要的是在进行方法调用时就可以直接公用一部分数据，无需进行额外的参数复制传递了。