JVM 整體架構(gòu)，中間部分就是 Java 虛擬機定義的各種運行時數(shù)據(jù)區(qū)域。

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Java 虛擬機定義了若干種程序運行期間會使用到的運行時數(shù)據(jù)區(qū)，其中有一些會隨著虛擬機啟動而創(chuàng)建，隨著虛擬機退出而銷毀。另外一些則是與線程一一對應的，這些與線程一一對應的數(shù)據(jù)區(qū)域會隨著線程開始和結(jié)束而創(chuàng)建和銷毀。

線程私有：程序計數(shù)器、虛擬機棧、本地方法區(qū)

線程共享：堆、方法區(qū), 堆外內(nèi)存（Java7的永久代或JDK8的元空間、代碼緩存）

什么是程序計數(shù)器（線程私有）？

PC 寄存器用來存儲指向下一條指令的地址，即將要執(zhí)行的指令代碼。由執(zhí)行引擎讀取下一條指令。

PC寄存器為什么會被設(shè)定為線程私有的？

多線程在一個特定的時間段內(nèi)只會執(zhí)行其中某一個線程方法，CPU會不停的做任務切換，這樣必然會導致經(jīng)常中斷或恢復。為了能夠準確的記錄各個線程正在執(zhí)行的當前字節(jié)碼指令地址，所以為每個線程都分配了一個PC寄存器，每個線程都獨立計算，不會互相影響。

什么是虛擬機棧（線程私有）？

主管 Java 程序的運行，它保存方法的局部變量、部分結(jié)果，并參與方法的調(diào)用和返回。每個線程在創(chuàng)建的時候都會創(chuàng)建一個虛擬機棧，其內(nèi)部保存一個個的棧幀(Stack Frame），對應著一次次 Java 方法調(diào)用，是線程私有的，生命周期和線程一致。

特點？

1. 棧是一種快速有效的分配存儲方式，訪問速度僅次于程序計數(shù)器
2. JVM 直接對虛擬機棧的操作只有兩個：每個方法執(zhí)行，伴隨著入棧（進棧/壓棧），方法執(zhí)行結(jié)束出棧
3. 棧不存在垃圾回收問題
4. 可以通過參數(shù)-Xss來設(shè)置線程的最大?？臻g，棧的大小直接決定了函數(shù)調(diào)用的最大可達深度

該區(qū)域有哪些異常？

1. 如果采用固定大小的 Java 虛擬機棧，那每個線程的 Java 虛擬機棧容量可以在線程創(chuàng)建的時候獨立選定。如果線程請求分配的棧容量超過 Java 虛擬機棧允許的最大容量，Java 虛擬機將會拋出一個 StackOverflowError 異常
2. 如果 Java 虛擬機?？梢詣討B(tài)擴展，并且在嘗試擴展的時候無法申請到足夠的內(nèi)存，或者在創(chuàng)建新的線程時沒有足夠的內(nèi)存去創(chuàng)建對應的虛擬機棧，那 Java 虛擬機將會拋出一個OutOfMemoryError異常

棧幀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)？

1. 局部變量表（Local Variables）
2. 操作數(shù)棧（Operand Stack）(或稱為表達式棧)
3. 動態(tài)鏈接（Dynamic Linking）：指向運行時常量池的方法引用
4. 方法返回地址（Return Address）：方法正常退出或異常退出的地址
5. 一些附加信息

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Java虛擬機棧如何進行方法計算的？

以如下代碼為例：

private static int add(int a, int b) {
    int c = 0;
    c = a + b;
    return c;
}

可以通過jsclass 等工具查看bytecode

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壓棧的步驟如下：

0:   iconst_0 // 0壓棧
1:   istore_2 // 彈出int，存放于局部變量2
2:   iload_0  // 把局部變量0壓棧
3:   iload_1  // 局部變量1壓棧
4:   iadd     //彈出2個變量，求和，結(jié)果壓棧
5:   istore_2 //彈出結(jié)果，放于局部變量2
6:   iload_2  //局部變量2壓棧
7:   ireturn  //返回

如果計算100+98的值，那么操作數(shù)棧的變化如下圖：

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什么是本地方法棧（線程私有）？

• 本地方法接口

一個 Native Method 就是一個 Java 調(diào)用非 Java 代碼的接口。我們知道的 Unsafe 類就有很多本地方法。

• 本地方法棧(Native Method Stack)

Java 虛擬機棧用于管理 Java 方法的調(diào)用，而本地方法棧用于管理本地方法的調(diào)用

什么是方法區(qū)（線程共享）？

方法區(qū)（method area）只是 JVM 規(guī)范中定義的一個概念，用于存儲類信息、常量池、靜態(tài)變量、JIT編譯后的代碼等數(shù)據(jù)，并沒有規(guī)定如何去實現(xiàn)它，不同的廠商有不同的實現(xiàn)。而永久代（PermGen）**是 **Hotspot** 虛擬機特有的概念， Java8 的時候又被**元空間取代了，永久代和元空間都可以理解為方法區(qū)的落地實現(xiàn)。

JDK1.8之前調(diào)節(jié)方法區(qū)大?。?/p>

-XX:PermSize=N //方法區(qū)（永久代）初始大小
-XX:MaxPermSize=N //方法區(qū)（永久代）最大大小，超出這個值將會拋出OutOfMemoryError

JDK1.8開始方法區(qū)（HotSpot的永久代）被徹底刪除了，取而代之的是元空間，元空間直接使用的是本機內(nèi)存。參數(shù)設(shè)置：

-XX:MetaspaceSize=N //設(shè)置Metaspace的初始（和最小大小）
-XX:MaxMetaspaceSize=N //設(shè)置Metaspace的最大大小

棧、堆、方法區(qū)的交互關(guān)系

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永久代和元空間內(nèi)存使用上的差異?

Java虛擬機規(guī)范中只定義了方法區(qū)用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量和即時編譯后的代碼等數(shù)據(jù)

1. jdk1.7開始符號引用存儲在native heap中，字符串常量和靜態(tài)類型變量存儲在普通的堆區(qū)中，但分離的并不徹底,此時永久代中還保存另一些與類的元數(shù)據(jù)無關(guān)的雜項
2. jdk8后HotSpot 原永久代中存儲的類的元數(shù)據(jù)將存儲在metaspace中，而類的靜態(tài)變量和字符串常量將放在Java堆中，metaspace是方法區(qū)的一種實現(xiàn)，只不過它使用的不是虛擬機內(nèi)的內(nèi)存，而是本地內(nèi)存。在元空間中保存的數(shù)據(jù)比永久代中純粹很多，就只是類的元數(shù)據(jù)，這些信息只對編譯期或JVM的運行時有用。
3. 永久代有一個JVM本身設(shè)置固定大小上線，無法進行調(diào)整，而元空間使用的是直接內(nèi)存，受本機可用內(nèi)存的限制，并且永遠不會得到j(luò)ava.lang.OutOfMemoryError。
4. 符號引用沒有存在元空間中，而是存在native heap中，這是兩個方式和位置，不過都可以算作是本地內(nèi)存，在虛擬機之外進行劃分，沒有設(shè)置限制參數(shù)時只受物理內(nèi)存大小限制，即只有占滿了操作系統(tǒng)可用內(nèi)存后才OOM。

堆區(qū)內(nèi)存是怎么細分的？

對于大多數(shù)應用，Java 堆是 Java 虛擬機管理的內(nèi)存中最大的一塊，被所有線程共享。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例以及數(shù)據(jù)都在這里分配內(nèi)存。

為了進行高效的垃圾回收，虛擬機把堆內(nèi)存邏輯上劃分成三塊區(qū)域（分代的唯一理由就是優(yōu)化 GC 性能）：

1. 新生帶（年輕代）：新對象和沒達到一定年齡的對象都在新生代
2. 老年代（養(yǎng)老區(qū)）：被長時間使用的對象，老年代的內(nèi)存空間應該要比年輕代更大

Java 虛擬機規(guī)范規(guī)定，Java 堆可以是處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，只要邏輯上是連續(xù)的即可，像磁盤空間一樣。實現(xiàn)時，既可以是固定大小，也可以是可擴展的，主流虛擬機都是可擴展的（通過 -Xmx 和 -Xms 控制），如果堆中沒有完成實例分配，并且堆無法再擴展時，就會拋出 OutOfMemoryError 異常。

• 年輕代 (Young Generation)

年輕代是所有新對象創(chuàng)建的地方。當填充年輕代時，執(zhí)行垃圾收集。這種垃圾收集稱為 Minor GC。年輕一代被分為三個部分——伊甸園（Eden Memory）和兩個幸存區(qū)（Survivor Memory，被稱為from/to或s0/s1），默認比例是8:1:1

1. 大多數(shù)新創(chuàng)建的對象都位于 Eden 內(nèi)存空間中
2. 當 Eden 空間被對象填充時，執(zhí)行Minor GC，并將所有幸存者對象移動到一個幸存者空間中
3. Minor GC 檢查幸存者對象，并將它們移動到另一個幸存者空間。所以每次，一個幸存者空間總是空的
4. 經(jīng)過多次 GC 循環(huán)后存活下來的對象被移動到老年代。通常，這是通過設(shè)置年輕一代對象的年齡閾值來實現(xiàn)的，然后他們才有資格提升到老一代

• 老年代(Old Generation)

舊的一代內(nèi)存包含那些經(jīng)過許多輪小型 GC 后仍然存活的對象。通常，垃圾收集是在老年代內(nèi)存滿時執(zhí)行的。老年代垃圾收集稱為 主GC（Major GC），通常需要更長的時間。

大對象直接進入老年代（大對象是指需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的對象）。這樣做的目的是避免在 Eden 區(qū)和兩個Survivor 區(qū)之間發(fā)生大量的內(nèi)存拷貝

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JVM中對象在堆中的生命周期?

1. 在 JVM 內(nèi)存模型的堆中，堆被劃分為新生代和老年代

新生代又被進一步劃分為 Eden區(qū) 和 Survivor區(qū)，Survivor 區(qū)由 From Survivor 和 To Survivor 組成

1. 當創(chuàng)建一個對象時，對象會被優(yōu)先分配到新生代的 Eden 區(qū)

此時 JVM 會給對象定義一個對象年輕計數(shù)器（-XX:MaxTenuringThreshold）

1. 當 Eden 空間不足時，JVM 將執(zhí)行新生代的垃圾回收（Minor GC）

JVM 會把存活的對象轉(zhuǎn)移到 Survivor 中，并且對象年齡 +1

對象在 Survivor 中同樣也會經(jīng)歷 Minor GC，每經(jīng)歷一次 Minor GC，對象年齡都會+1

1. 如果分配的對象超過了-XX:PetenureSizeThreshold，對象會直接被分配到老年代

JVM中對象的分配過程?

為對象分配內(nèi)存是一件非常嚴謹和復雜的任務，JVM 的設(shè)計者們不僅需要考慮內(nèi)存如何分配、在哪里分配等問題，并且由于內(nèi)存分配算法和內(nèi)存回收算法密切相關(guān)，所以還需要考慮 GC 執(zhí)行完內(nèi)存回收后是否會在內(nèi)存空間中產(chǎn)生內(nèi)存碎片。

1. new 的對象先放在伊甸園區(qū)，此區(qū)有大小限制
2. 當伊甸園的空間填滿時，程序又需要創(chuàng)建對象，JVM 的垃圾回收器將對伊甸園區(qū)進行垃圾回收（Minor GC），將伊甸園區(qū)中的不再被其他對象所引用的對象進行銷毀。再加載新的對象放到伊甸園區(qū)
3. 然后將伊甸園中的剩余對象移動到幸存者 0 區(qū)
4. 如果再次觸發(fā)垃圾回收，此時上次幸存下來的放到幸存者 0 區(qū)，如果沒有回收，就會放到幸存者 1 區(qū)
5. 如果再次經(jīng)歷垃圾回收，此時會重新放回幸存者 0 區(qū)，接著再去幸存者 1 區(qū)
6. 什么時候才會去養(yǎng)老區(qū)呢？默認是 15 次回收標記
7. 在養(yǎng)老區(qū)，相對悠閑。當養(yǎng)老區(qū)內(nèi)存不足時，再次觸發(fā) Major GC，進行養(yǎng)老區(qū)的內(nèi)存清理
8. 若養(yǎng)老區(qū)執(zhí)行了 Major GC 之后發(fā)現(xiàn)依然無法進行對象的保存，就會產(chǎn)生 OOM 異常

什么是 TLAB （Thread Local Allocation Buffer）?

• 從內(nèi)存模型而不是垃圾回收的角度，對 Eden 區(qū)域繼續(xù)進行劃分，JVM 為每個線程分配了一個私有緩存區(qū)域，它包含在 Eden 空間內(nèi)
• 多線程同時分配內(nèi)存時，使用 TLAB 可以避免一系列的非線程安全問題，同時還能提升內(nèi)存分配的吞吐量，因此我們可以將這種內(nèi)存分配方式稱為快速分配策略
• OpenJDK 衍生出來的 JVM 大都提供了 TLAB 設(shè)計

為什么要有 TLAB ?

• 堆區(qū)是線程共享的，任何線程都可以訪問到堆區(qū)中的共享數(shù)據(jù)
• 由于對象實例的創(chuàng)建在 JVM 中非常頻繁，因此在并發(fā)環(huán)境下從堆區(qū)中劃分內(nèi)存空間是線程不安全的
• 為避免多個線程操作同一地址，需要使用加鎖等機制，進而影響分配速度

盡管不是所有的對象實例都能夠在 TLAB 中成功分配內(nèi)存，但 JVM 確實是將 TLAB 作為內(nèi)存分配的選擇。

在程序中，可以通過 -XX:UseTLAB 設(shè)置是否開啟 TLAB 空間。

默認情況下，TLAB 空間的內(nèi)存非常小，僅占有整個 Eden 空間的 1%，我們可以通過 -XX:TLABWasteTargetPercent 設(shè)置 TLAB 空間所占用 Eden 空間的百分比大小。

一旦對象在 TLAB 空間分配內(nèi)存失敗時，JVM 就會嘗試著通過使用加鎖機制確保數(shù)據(jù)操作的原子性，從而直接在 Eden 空間中分配內(nèi)存。

網(wǎng)站欄目：面試官：說說JVM內(nèi)存整體結(jié)構(gòu)？線程私有還是共享的？
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