java八股文面试[JVM]——JVM内存结构

分手后的思念是犯贱 2024-03-24 18:53 8阅读 0赞

参考：

[JVM学习笔记（一）\_卷心菜不卷Iris的博客-CSDN博客][JVM_Iris_-CSDN]

**JVM**是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互  
![在这里插入图片描述][1ec3bb7d20624f8cb9fa30a4842be3b5.png_pic_center]

JVM内存结构：

![4da3d088bb744ccfa231a8c13346d921.png_pic_center][]

方法区：存储已被虚拟机加载的类元数据信息(元空间)

堆：存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存

虚拟机栈：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（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息

程序计数器：当前线程所执行的字节码的行号指示器

本地方法栈：本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。

执行引擎Execution Engine  
Execution Engine执行引擎负责解释命令，提交操作系统执行。

本地接口Native Interface  
本地接口的作用是融合不同的编程语言为 Java 所用，它的初衷是融合 C/C++程序，Java 诞生的时候是 C/C++横行的时候，要想立足，必须有调用 C/C++程序，于是就在内存中专门开辟了一块区域处理标记为native的代码，它的具体做法是 Native Method Stack中登记 native方法，在Execution Engine 执行时加载native libraies。

目前该方法使用的越来越少了，除非是与硬件有关的应用，比如通过Java程序驱动打印机或者Java系统管理生产设备，在企业级应用中已经比较少见。因为现在的异构领域间的通信很发达，比如可以使用 Socket通信，也可以使用Web Service等等，不多做介绍。

Native Method Stack  
它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine 执行时加载本地方法库。

PC寄存器  
每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向下一条指令的地址，即 将要执行的指令代码），由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不记。

Method Area方法区  
方法区是被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数，接口代码也在此定义。简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区属于共享区间。

静态变量+常量+类信息(构造方法/接口定义)+运行时常量池存在方法区中，但是对象实例存在堆内存中，和方法区无关。

**stack栈**  
Stack 栈是什么？

栈也叫栈内存，主管Java程序的运行，是在线程创建时创建，它的生命期是跟随线程的生命期，线程结束栈内存也就释放，对于栈来说不存在垃圾回收问题，只要线程一结束该栈就Over，生命周期和线程一致，是线程私有的。8种基本类型的变量+对象的引用变量+实例方法都是在函数的栈内存中分配。

栈存储什么?

栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，是一个有关方法(Method)和运行期数据的数据集。

栈帧中主要保存3 类数据：

本地变量（Local Variables）：输入参数和输出参数以及方法内的变量。

栈操作（Operand Stack）：记录出栈、入栈的操作。

栈帧数据（Frame Data）：包括类文件、方法等等。

栈运行原理：

当一个方法A被调用时就产生了一个栈帧 F1，并被压入到栈中，

A方法又调用了 B方法，于是产生栈帧 F2 也被压入栈，

B方法又调用了 C方法，于是产生栈帧 F3 也被压入栈，

……

执行完毕后，先弹出F3栈帧，再弹出F2栈帧，再弹出F1栈帧……

遵循“先进后出”或者“后进先出”原则。

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图示在一个栈中有两个栈帧：

栈帧 2是最先被调用的方法，先入栈，

然后方法 2 又调用了方法1，栈帧 1处于栈顶的位置，

栈帧 2 处于栈底，执行完毕后，依次弹出栈帧 1和栈帧 2，

线程结束，栈释放。

每执行一个方法都会产生一个栈帧，保存到栈(后进先出)的顶部，顶部栈就是当前的方法，该方法执行完毕  
后会自动将此栈帧出栈。

常见问题栈溢出：Exception in thread “main” java.lang.StackOverflowError

通常出现在递归调用时。

**堆**  
堆栈方法区的关系：

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HotSpot是使用指针的方式来访问对象：

Java堆中会存放访问类元数据的地址

reference存储的就是对象的地址

三种JVM：

•Sun公司的HotSpot

•BEA公司的JRockit

•IBM公司的J9 VM

Heap 堆：一个JVM实例只存在一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的。类加载器读取了类文件后，需要把类、方法、常变量放到堆内存中，保存所有引用类型的真实信息，以方便执行器执行，堆内存逻辑上分为三部分：

Young Generation Space 新生区 Young/New

Tenure generation space 养老区 Old/Tenure

Permanent Space 永久区 Perm

也称为：新生代（年轻代）、老年代、永久代（持久代）。

![在这里插入图片描述][5f492d7c433b40eab5ae0573419704b9.jpeg_pic_center]

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**新生区**  
新生区是对象的诞生、成长、消亡的区域，一个对象在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命。新生区又分为两部分： 伊甸区（Eden space）和幸存者区（Survivor pace） ，所有的对象都是在伊甸区被new出来的。幸存区有两个： From区（Survivor From space）和To区（Survivor To space）。当伊甸园的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收(Minor GC)，将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存 From区。

MinorGC垃圾回收的过程如下：

eden、From 复制到 To，年龄+1  
首先，当Eden区满的时候会触发第一次GC,把还活着的对象拷贝到Survivor From区，当Eden区再次触发GC的时候会扫描Eden区和From区域，对这两个区域进行垃圾回收，经过这次回收后还存活的对象，则直接复制到To区域（如果有对象的年龄已经达到了老年的标准，则赋值到老年代区），同时把这些对象的年龄+1

清空 eden、Survivor From  
然后，清空Eden和From中的对象

To和 From 互换  
最后，To和From互换，原To成为下一次GC时的From区。部分对象会在From和To区域中复制来复制去,如此交换15次(由JVM参数MaxTenuringThreshold决定,这个参数默认是15)，最终如果还是存活,就存入到老年代

大对象特殊情况  
如果分配的新对象比较大Eden区放不下，但Old区可以放下时，对象会被直接分配到Old区（即没有晋升这一过程，直接到老年代了）

**MinorGC的过程：复制 -> 清空 -> 互换**

**老年代**  
经历多次GC仍然存在的对象（默认是15次），老年代的对象比较稳定，不会频繁的GC

若养老区也满了，那么这个时候将产生MajorGC（FullGC），进行养老区的内存清理。若养老区执行了Full GC之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常“OutOfMemoryError”。

如果出现java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space异常，说明Java虚拟机的堆内存不够。原因有二：

（1）Java虚拟机的堆内存设置不够，可以**通过参数-Xms、-Xmx来调整**。 （TODO 具体参数含义）

（2）代码中创建了大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）。

3.1.3. 永久代  
永久存储区是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身所携带的 Class、Interface 的元数据，也就是说它存储的是运行环境必须的类信息，被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，关闭 JVM 才会释放此区域所占用的内存。

对于HotSpot虚拟机，很多开发者习惯将方法区称之为“永久代(Parmanent Gen)” ，但严格本质上说两者不同，或者说使用永久代来实现方法区而已，永久代是方法区(相当于是一个接口interface)的一个实现。

实际而言，方法区（Method Area）和堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储虚拟机加载的：类信息+普通常量+静态常量+编译器编译后的代码等等，虽然JVM规范将方法区描述为堆的一个逻辑部分，但它却还有一个别名叫做Non-Heap(非堆)，目的就是要和堆分开。

如果出现java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space，说明是Java虚拟机对永久代Perm内存设置不够。一般出现这种情况，都是程序启动需要加载大量的第三方jar包。例如：在一个Tomcat下部署了太多的应用。或者大量动态反射生成的类不断被加载，最终导致Perm区被占满。

Jdk1.6及之前： 有永久代，常量池1.6在方法区

Jdk1.7： 有永久代，但已经逐步“去永久代”，常量池1.7在堆

Jdk1.8及之后： 无永久代，常量池1.8在堆中

![在这里插入图片描述][71e5729699b94462afab8e548c4d8db3.png_pic_center]

永久代与元空间的最大区别之处：

**永久代使用的是jvm的堆内存**，但是java8以后的**元空间**并不在虚拟机中而是**使用本机物理内存**。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。

[JVM_Iris_-CSDN]: https://blog.csdn.net/qq_45832461/article/details/132384360?spm=1001.2014.3001.5506
[1ec3bb7d20624f8cb9fa30a4842be3b5.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/13/d3890e1e0a5c4e95a6c0ee3e3d34109e.png
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