jvm内存结构

[size=medium]1.java运行原理

1>半编译半解释
　Java语言开发效率高，执行效率低
2>平台无关性
　jvm一个虚构出来的计算机；存在完善的硬件架构，如处理器、堆栈、寄存器等;Jvm是运行在平台之上的的程序，可以虚拟出一台目标机，所有字节码在该目标机上运行，java字节码只和jvm打交道，不会直接和平台底层打交道，jvm根据平台的不同把字节码解释成不同的本地代码;jvm-一个虚构出来的计算机；存在完善的硬件架构，如处理器、堆栈、寄存器等
3>jvm内存

　Jvm主要包括两个子系统两个组件：
　Class loader(类装载器) 子系统--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。
　Execution engine(执行引擎) 子系统--执行classes中的指令。任何JVM specification实现(JDK)的核心是Execution engine， 换句话说：Sun 的JDK 和IBM的JDK好坏主要取决于他们各自实现的Execution  engine的好坏。每个运行中的线程都有一个Execution engine的实例。
　Runtime data area (运行时数据区域)组件--这个组件就是JVM中的内存。
　Native interface(本地接口)组件--与native libraries交互，是其它编程语言交互的接口。
2.Runtime data area (运行时数据区域)组件
　Runtime data area 主要包括五个部分：Heap (堆), Method Area(方法区), Java Stack(java栈), Program Counter(程序计数器), Native method stack(本地方法栈)。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。
Heap：
  Java程序在运行时创建的所有类对象或数组都放在同一个堆中。而一个Java虚拟实例中只存在一个堆空间，因此所有线程都将共享这个堆。每一个java程序独占一个JVM实例，因而每个java程序都有它自己的堆空间，它们不会彼此干扰。但是同一java程序的多个线程都共享着同一个堆空间，就得考虑多线程访问对象（堆数据）的同步问题。 （这里可能出现的异常java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space）
Method area
  在Java虚拟机中，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。紧接着虚拟机提取其中的类型信息，并将这些信息存储到方法区。该类型中的类（静态）变量同样也存储在方法区中。与Heap 一样，method area是多线程共享的，因此要考虑多线程访问的同步问题。比如，假设同时两个线程都企图访问一个名为Lava的类，而这个类还没有内装载入虚拟机，那么，这时应该只有一个线程去装载它，而另一个线程则只能等待。 （这里可能出现的异常java.lang.OutOfMemoryError: PermGen full）
Java stack
  Java stack以帧为单位保存线程的运行状态。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。每当线程调用一个方法的时候，就对当前状态作为一个帧保存到java stack中(压栈)；当一个方法调用返回时，从java stack弹出一个帧(出栈)。栈的大小是有一定的限制，这个可能出现StackOverFlow问题。
Program counter
  每个运行中的Java程序，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。
Native method stack
  对于一个运行中的Java程序而言，它还能会用到一些跟本地方法相关的数据区。当某个线程调用一个本地方法时，它就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界。本地方法可以通过本地方法接口来访问虚拟机的运行时数据区，不止与此，它还可以做任何它想做的事情。比如，可以调用寄存器，或在操作系统中分配内存等。总之，本地方法具有和JVM相同的能力和权限。 (这里出现JVM无法控制的内存溢出问题native heap OutOfMemory )
3.Sun JVM实现
   Runtime data area(JVM 内存) 五个部分中的Java Stack , Program Counter, Native method stack三部分和规范中的描述基本一致；但对Heap 和 Method Area进行了自己独特的实现。这个实现和Sun JVM 的Garbage collector（垃圾回收）机制有关，下面对Sun JVM进行详细描述。
垃圾分代回收算法（Generational Collecting）
  基于对对象生命周期分析后得出的垃圾回收算法。把对象分为年青代、年老代、持久代，对不同生命周期的对象使用不同的算法（上述方式中的一个）进行回收。现在的垃圾回收器（从J2SE1.2开始）都是使用此算法的。

如上图所示，为Java堆中的各代分布。
1>.Young（年轻代）JVM specification中的 Heap的一部份
年轻代分三个区。一个Eden区，两个Survivor区。大部分对象在Eden区中生成。当Eden区满时，还存活的对象将被复制到Survivor区（两个中的一个），当这个Survivor区满时，此区的存活对象将被复制到另外一个Survivor区，当这个Survivor去也满了的时候，从第一个Survivor区复制过来的并且此时还存活的对象，将被复制到年老区(Tenured)。需要注意，Survivor的两个区是对称的，没先后关系，所以同一个区中可能同时存在从Eden复制过来的对象，和从前一个Survivor复制过来的对象，而复制到年老区的只有从第一个Survivor去过来的对象。而且，Survivor区总有一个是空的。
2>Tenured（年老代）JVM specification中的 Heap的一部份
年老代存放从年轻代存活的对象。一般来说年老代存放的都是生命期较长的对象。
3>Perm（持久代） JVM specification中的 Method area
用于存放静态文件，如Java类、方法等。持久代对垃圾回收没有显著影响，但是有些应用可能动态生成或者调用一些class，例如Hibernate等，在这种时候需要设置一个比较大的持久代空间来存放这些运行过程中新增的类。永久带基本不参与垃圾回收。
持久代大小通过-XX:MaxPermSize=进行设置。

JVM各分区用途:
永久存储区（Permanent Space）：永久存储区是JVM的驻留内存，用于存放JDK自身所携带的Class,Interface的元数据，应用服务器允许必须的Class,Interface的元数据和Java程序运行时需要的Class和Interface的元数据。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时，释放此区域所控制的内存。

堆空间（The Heap Space）：是JAVA对象生死存亡的地区，JAVA对象的出生，成长，死亡都在这个区域完成。堆空间又分别按JAVA对象的创建和年龄特征分为养老区和新生区。

新生区（Young (New) generation space）：新生区的作用包括JAVA对象的创建和从JAVA对象中筛选出能进入养老区的JAVA对象。

伊甸园（Eden space）：JAVA对空间中的所有对象在此出生，该区的名字因此而得名。也即是说当你的JAVA程序运行时，需要创建新的对象，JVM将在该区为你创建一个指定的对象供程序使用。创建对象的依据即是永久存储区中的元数据。

幸存者0区（Survivor 0 space）和幸存者1区（Survivor1 space）：当伊甸园的控件用完时，程序又需要创建对象；此时JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收，将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁工作。同时将伊甸园中的还有其他对象引用的对象移动到幸存者0区。幸存者0区就是用于存放伊甸园垃圾回收时所幸存下来的JAVA对象。当将伊甸园中的还有其他对象引用的对象移动到幸存者0区时，如果幸存者0区也没有空间来存放这些对象时，JVM的垃圾回收器将对幸存者0区进行垃圾回收处理，将幸存者0区中不在有其他对象引用的JAVA对象进行销毁，将幸存者0区中还有其他对象引用的对象移动到幸存者1区。幸存者1区的作用就是用于存放幸存者0区垃圾回收处理所幸存下来的JAVA对象。

养老区（Tenure (Old) generation space）：用于保存从新生区筛选出来的JAVA对象。
上面我们看了JVM的内存分区管理，现在我们来看JVM的垃圾回收工作是怎样运作的。首先当启动J2EE应用服务器时，JVM随之启动，并将JDK的类和接口，应用服务器运行时需要的类和接口以及J2EE应用的类和接口定义文件也及编译后的Class文件或JAR包中的Class文件装载到JVM的永久存储区。在伊甸园中创建JVM，应用服务器运行时必须的JAVA对象，创建J2EE应用启动时必须创建的JAVA对象；J2EE应用启动完毕，可对外提供服务。
JVM在伊甸园区根据用户的每次请求创建相应的JAVA对象，当伊甸园的空间不足以用来创建新JAVA对象的时候，JVM的垃圾回收器执行对伊甸园区的垃圾回收工作，销毁那些不再被其他对象引用的JAVA对象（如果该对象仅仅被一个没有其他对象引用的对象引用的话，此对象也被归为没有存在的必要，依此类推），并将那些被其他对象所引用的JAVA对象移动到幸存者0区。
如果幸存者0区有足够空间存放则直接放到幸存者0区；如果幸存者0区没有足够空间存放，则JVM的垃圾回收器执行对幸存者0区的垃圾回收工作，销毁那些不再被其他对象引用的JAVA对象（如果该对象仅仅被一个没有其他对象引用的对象引用的话，此对象也被归为没有存在的必要，依此类推），并将那些被其他对象所引用的JAVA对象移动到幸存者1区。
如果幸存者1区有足够空间存放则直接放到幸存者1区；如果幸存者0区没有足够空间存放，则JVM的垃圾回收器执行对幸存者0区的垃圾回收工作，销毁那些不再被其他对象引用的JAVA对象（如果该对象仅仅被一个没有其他对象引用的对象引用的话，此对象也被归为没有存在的必要，依此类推），并将那些被其他对象所引用的JAVA对象移动到养老区。
如果养老区有足够空间存放则直接放到养老区；如果养老区没有足够空间存放，则JVM的垃圾回收器执行对养老区区的垃圾回收工作，销毁那些不再被其他对象引用的JAVA对象（如果该对象仅仅被一个没有其他对象引用的对象引用的话，此对象也被归为没有存在的必要，依此类推），并保留那些被其他对象所引用的JAVA对象。如果到最后养老区，幸存者1区，幸存者0区和伊甸园区都没有空间的话，则JVM会报告“JVM堆空间溢出（java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space）”，也即是在堆空间没有空间来创建对象。
这就是JVM的内存分区管理，相比不分区来说；一般情况下，垃圾回收的速度要快很多；因为在没有必要的时候不用扫描整片内存而节省了大量时间。
通常大家还会遇到另外一种内存溢出错误“永久存储区溢出（java.lang.OutOfMemoryError: Java Permanent Space）”。
好，本篇对SUN 的JVM内存管理机制讲解就到此为止，下一篇我们将详细讲解怎样优化SUN 的JVM让我们的J2EE系统运行更快，不出现内存溢出等问题。[/size]