JVM笔记(1)：JVM内存模型

在工作中总会时不时与JVM打交道，尤其是在做性能调优或是看见OOM时，就需要对jvm启动参数做些调整，而我总是头疼于那些参数的含义，特记之。

 

引用博文：

The Java Memory Architecture http://blog.codecentric.de/en/2010/01/the-java-memory-architecture-1-act/

JVM内存管理总结 http://blog.csdn.net/lengyuhong/article/details/5953544

JVM内存管理-深入垃圾收集器与内存分配策略 http://www.iteye.com/topic/802638

JVM内存管理-深入Java内存区域与OOM http://www.iteye.com/topic/802573

图解JVM内存模型 http://longdick.iteye.com/blog/473866 

图解JVM在内存中申请对象及垃圾回收流程 http://longdick.iteye.com/blog/468368 

一次Java垃圾收集调优实战 http://www.iteye.com/topic/212967

JVM参数表 http://blogs.oracle.com/watt/resource/jvm-options-list.html

JVM的内部结构如下图：



 

JVM主要包括两个子系统和两个组件：

 

 

1. 两个子系统分别是Class loader子系统和Execution engine(执行引擎) 子系统；

 

1.1 Class loader子系统的作用：根据给定的全限定名类名(如 java.lang.Object)来装载class文件的内容到 Runtime data area中的method area(方法区域)。Java程序员可以extends java.lang.ClassLoader类来写自己的Class loader。

 

1.2 Execution engine子系统的作用：执行classes中的指令。任何JVM specification实现(JDK)的核心都是Execution engine，不同的JDK例如Sun 的JDK 和IBM的JDK好坏主要就取决于他们各自实现的Execution engine的好坏。

 

2. 两个组件分别是Runtime data area (运行时数据区域)组件和Native interface(本地接口)组件。

 

2.1 Native interface组件：与native libraries交互，是其它编程语言交互的接口。当调用native方法的时候，就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界，所以也很容易出现JVM无法控制的native heap OutOfMemory。

 

2.2 Runtime Data Area组件：这就是我们常说的JVM的内存了。它主要分为五个部分——

1、Heap (堆)：一个Java虚拟实例中只存在一个堆空间，Java堆是被所有线程共享的，在虚拟机启动时创建。Java堆的唯一目的就是存放对象实例，绝大部分的对象实例都在这里分配。Java堆内还有更细致的划分：新生代、老年代，再细致一点的：eden、from survivor、to survivor，甚至更细粒度的本地线程分配缓冲（TLAB）等，无论对Java堆如何划分，目的都是为了更好的回收内存，或者更快的分配内存。

Java堆可以处于物理上不连续的内存空间，它逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。实现时可以选择实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前所有商业的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中无法分配内存，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。

 

2、Method Area(方法区域)：被装载的class的信息存储在Method area的内存中。当虚拟机装载某个类型时，它使用类装载器定位相应的class文件，然后读入这个class文件内容并把它传输到虚拟机中。叫“方法区”可能认识它的人还不太多，如果叫永久代（Permanent Generation）它的粉丝也许就多了。它还有个别名叫 做Non-Heap（非堆）。

方法区中存放了每个Class的结构信息，包括常量池、字段描述、方法描述等等。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量表(constant_pool table)，用于存放编译期已可知的常量，这部分内容将在类加载后进入方法区（永久代）存放。但是Java语言并不要求常量一定只有编译期预置入Class的常量表的内容才能进入方法区常量池，运行期间也可将新内容放入常量池（最典型的String.intern()方法）。

运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法在申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

 

3、Java Stack(java的栈)：虚拟机只会直接对Java stack执行两种操作：以帧为单位的压栈或出栈。栈描述的是Java方法调用的内存模型：每个方法被执行的时候，都会同时创建一个帧（Frame）用于存储本地变量表、操作栈、动态链接、方法出入口等信息。每一个方法的调用至完成，就意味着一个帧在VM栈中的入栈至出栈的过程。

4、Program Counter(程序计数器)：每一个线程都有它自己的PC寄存器，也是该线程启动时创建的。PC寄存器的内容总是指向下一条将被执行指令的饿地址，这里的地址可以是一个本地指针，也可以是在方法区中相对应于该方法起始指令的偏移量。

  
5、Native method stack(本地方法栈)：保存native方法进入区域的地址.
以上五部分只有Heap 和Method Area是被所有线程的共享使用的；而Java stack, Program counter 和Native method stack是以线程为粒度的，每个线程独自拥有自己的部分。

 

此外还有本机直接内存的管理(Direct Memory) -- 直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分，它根本就是本机内存而不是VM直接管理的区域。

显然本机直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是即然是内存那肯定还是要受到本机物理内存（包括SWAP区或者Windows虚拟内存）的限制的，一般服务器管理员配置JVM参数时，会根据实际内存设置-Xmx等参数信息，但经常忽略掉直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制（包括物理的和操作系统级的限制），而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。

 

 

 

JVM内存模型实例以及参数对应：

 

 

• Model1

• Model2

• 对照表：

Model-1	Model-2	Exception	JVM Options
Method Area	Perm	java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space	-XX:PermSize=<value> -XX:MaxPermSize=<value>
Heap	Young Tenured	java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space …	-Xms<size> -Xmx<size> -Xmn<size> -XX:newSize -XX:MaxNewSize -XX:NewRatio=<value> -XX:SurvivorRatio=<value> …
Thread-1…N	NULL	java.lang.StackOverflowError …	-Xss<size> …

*Memory Size of Runtime JVM = Heap + Perm + Sum(Thread-1...N)

 

 

 

评论

1 楼 stone2oo6 2011-07-05  

关于堆和栈的关系，可以参考这篇文章http://hllvm.group.iteye.com/group/wiki/2858-JVM