jvm(3)运行时数据区和内存模型

我现在已经了解了类的装载机制，当需要装载一个class时，会经历以下步骤：

通过全类名获取字节码文件的字节流
将字节流所代表的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构
在java堆中声称代表这个类的Class对象实例作为对方法去中这些数据访问的入口

在2.3两步中看到了方法区、堆等名词，这些都是jvm进程运行过程需要直接使用的运行时数据区域。

1. 运行时数据区

1、方法区

方法区是所有线程共享的内存区域，在jvm进程启动时创建
用于存储被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据
java虚拟机规范将方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是又有一个别名叫“非堆”，目的是与堆区分开来
当方法区无法满足内存分配要求，将抛OutOfMemory异常

2、堆

堆是虚拟机管理内存最大的一块，jvm启动时创建，所有线程共享
java对象实例以及数组都是在堆上创建

3、虚拟机栈

虚拟机栈是一个线程执行的区域，保存着线程中方法的调用状态，线程私有，随着线程的创建而创建
每个被线程执行的方法在虚拟机栈中对应一个栈桢
调用一次方法向栈中压栈一次，调用返回出栈

4、本地方法栈

执行Native方法的栈，与虚拟机栈类似

5、程序计数器

PC就是一个线程私有的指针，记录线程执行位置，确保线程调度之后重新获取cpu时能知道程序运行位置
如果线程正在执行java方法，PC记录的是正在执行的虚拟机字节码指令地址
如果线程正在执行native方法，PC值为空

了解了jvm的运行时数据区之后，来分析一下jvm的内存模型

2. 内存模型

jvm内存用来存储数据的主要是堆和非堆两大块，这两块都是线程共享区域，因此内存的设计也着重错那个这两块展开。

堆分为两大块，一个是Old区，Young区

Young区又分为两块，一块是Eden区，一块是Survivor区

Survivor区有分为相同大小的s1 和 s2 ，也可以叫 from 和 to

1、新对象创建所在区域：

新对象创建时一般会放在Eden区，一些特殊的大对象会直接分配到Old区

比如有对象A，B，C等创建在Eden区，但是Eden区的内存空间肯定有限，比如有100M，假如已经使用了100M或者达到一个设定的临界值，这时候就需要对Eden内存空间进行清理，即垃圾收集(Garbage Collect)，这样的GC我们称之为Minor GC，Minor GC指得是Young区的GC。经过GC之后，有些对象就会被清理掉，有些对象可能还存活着，对于存活着的对象需要将其复制到Survivor区，然后再清空Eden区中的这些对象。

2、Survivor区详解：

由图解可以看出，Survivor区分为两块S0和S1，也可以叫做From和To。在同一个时间点上，S0和S1只能有一个区有数据，另外一个是空的。

接着上面的GC来说，比如一开始只有Eden区和From中有对象，To中是空的。

此时进行一次GC操作，From区中对象的年龄就会+1，我们知道Eden区中所有存活的对象会被复制到To区，From区中还能存活的对象会有两个去处。若对象年龄达到之前设置好的年龄阈值，此时对象会被移动到Old区，没有达到阈值的对象会被复制到To区。

此时Eden区和From区已经被清空(被GC的对象肯定没了，没有被GC的对象都有了各自的去处)。这时候From和To交换角色，之前的From变成了To，之前的To变成了From。也就是说无论如何都要保证名为To的Survivor区域是空的。Minor GC会一直重复这样的过程，直到To区被填满，然后会将所有对象复制到老年代中。

3、 Old区

从上面的分析可以看出，一般Old区都是年龄比较大的对象，或者相对超过了某个阈值的对象。在Old区也会有GC的操作，Old区的GC我们称作为Major GC。

4、一个对象的自述

我是一个普通的Java对象，我出生在Eden区，在Eden区我还看到很和我长的很像的小兄弟，我们在Eden区中玩了挺长时间。有一天Eden区中的人实在是太多了，我就被迫去了Survivor区的“From”区，自从去了Survivor 区，我就开始漂了，有时候在Survivor的“From”区，有时候在Survivor的“To”区，居无定所。直到我18岁的时候，爸爸说我成人了，该去社会上闯闯了。

于是我就去了Old区，Old区里面都是一些年龄都挺大的人，还有一些与我不太一样的巨人。我在这里也认识了很多人。在Old区里，我生活了20年(每次GC加一岁)，然后被回收。

5、常见问题

如何理解Minor/Major/Full GC

Minor GC:新生代

Major GC:老年代

Full GC:新生代+老年代
为什么需要Survivor区?只有Eden不行吗？

如果没有Survivor,Eden区每进行一次Minor GC,并且没有年龄限制的条件下，存活的对象就会被送到老年代。这样一来，老年代很快被填满,触发Major GC(因为Major GC一般伴随着Minor GC,也可以看做触发了 Full GC)。老年代的内存空间远大于新生代,进行一次Full GC消耗的时间比Minor GC长得多。执行时间长有什么坏处?频发的Full GC消耗的时间很长,会影响大型程序的执行和响应速度。可能你会说，那就对老年代的空间进行增加或者较少咯。假如增加老年代空间，更多存活对象才能填满老年代。虽然降低Full GC频率，但是随着老年代空间加大,一旦发生Full GC,执行所需要的时间更长。假如减少老年代空间，虽然Full GC所需时间减少，但是老年代很快被存活对象填满,Full GC频率增加。所以Survivor的存在意义,就是减少被送到老年代的对象,进而减少Full GC的发生,Survivor的预筛选保证,只有经历16次Minor GC还能在新生代中存活的对象,才会被送到老年代。
为什么需要两个Survivor区？

最大的好处就是解决了碎片化。也就是说为什么一个Survivor区不行?第一部分中,我们知道了必须设置 Survivor区。假设现在只有一个Survivor区,我们来模拟一下流程: 刚刚新建的对象在Eden中,一旦Eden满了,触发一次Minor GC,Eden中的存活对象就会被移动到Survivor 区。这样继续循环下去,下一次Eden满了的时候,问题来了,此时进行Minor GC,Eden和Survivor各有一些存活对象,如果此时把Eden区的存活对象硬放到Survivor区,很明显这两部分对象所占有的内存是不连续的, 也就导致了内存碎片化。永远有一个Survivor space是空的,另一个非空的Survivor space无碎片。
新生代中Eden:S1:S2为什么是8:1:1？

新生代中的可用内存：复制算法用来担保的内存为9：1

可用内存中Eden：S1区为8：1

即新生代中Eden:S1:S2 = 8：1：1