JVM内存区域详解（Eden Space、Survivor Space、Old Gen、Code Cache和Perm Gen）

参考文章：

https://www.cnblogs.com/redcreen/archive/2011/05/04/2037057.html

https://www.cnblogs.com/duanxz/p/3520829.html

一、JVM内存分类

JVM区域总体分两类，heap区和非heap区。

heap区又分为：

• Eden Space（伊甸园）、
• Survivor Space(幸存者区)、
• Old Gen（老年代）。

非heap区根据JDK版本的不同，分类有所不同，在Java 8之前分为：

• Code Cache(代码缓存区)；
• Perm Gen（永久代）；
• Jvm Stack(java虚拟机栈)；
• Local Method Statck(本地方法栈)；

java8之前的jvm结构

在Java8之后，将Perm Gen彻底的移除，取而代之的是Metaspace（元空间）：

• Code Cache(代码缓存区)；
• Metaspace（元空间）；
• Compressed Class Space（类指针压缩空间）
• Jvm Stack(java虚拟机栈)；
• Local Method Statck(本地方法栈)；

二、Java对象的生命周期

我是一个普通的Java对象，我出生在Eden区，在Eden区我还看到和我长的很像的小兄弟(其他java对象)，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(会触发Young GC,每次GC加一岁))，我就被迫去了Survivor区的“To”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(每次Young GC都需要Survivor区中的from区和to区"对调")。直到我18岁的时候(进行了18次Young GC)，爸爸说我成人了，该去社会上闯闯了。于是我就去了年老代那边，年老代里人很多，并且年龄都挺大的，我在这里也认识了很多人。在年老代里，我生活了20年，然后被回收(Old GC)。

三、JVM区域介绍

• Eden Space

字面意思是伊甸园，对象被创建的时候首先放到这个区域，进行垃圾回收后，不能被回收的对象被放入到空的survivor区域。

• Survivor Space幸存者区

用于保存在eden space内存区域中经过垃圾回收后没有被回收的对象。Survivor有两个，分别为To Survivor、 From Survivor，这个两个区域的空间大小是一样的。执行垃圾回收的时候Eden区域不能被回收的对象被放入到空的survivor（也就是To Survivor，同时Eden区域的内存会在垃圾回收的过程中全部释放），另一个survivor（即From Survivor）里不能被回收的对象也会被放入这个survivor（即To Survivor），然后To Survivor 和 From Survivor的标记会互换，始终保证一个survivor是空的。

Eden Space和Survivor Space都属于新生代，新生代中执行的垃圾回收被称之为Minor GC（因为是对新生代进行垃圾回收，所以又被称为Young GC），每一次Young GC后留下来的对象age加1。

注：GC为Garbage Collection，垃圾回收。

可以通过设置JVM参数-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize来分别调节新生代的初始化内存和最大内存，通过-XX:SurvivorRatio来设置伊甸园和幸存区的比例，比如设置：

-XX:NewSize=3072m -XX:MaxNewSize=3072m -XX:SurvivorRatio=8

整个新生代的内存将会达到3072M，然后伊甸园占据整个新生代8/10的内存，from和to幸存区各占据1/10。

• Old Gen老年代

用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象，也有可能是新生代分配不了内存的大对象会直接进入老年代。经过多次垃圾回收都没有被回收的对象，这些对象的年代已经足够old了，就会放入到老年代。当老年代被放满的之后，虚拟机会进行垃圾回收，称之为Major GC。由于Major GC除并发GC外均需对整个堆进行扫描和回收，因此又称为Full GC。

heap区，即堆内存，整个堆大小=年轻代大小 + 老年代大小。堆内存默认为物理内存的1/64(<1gb)；默认空余堆内存小于40%时，jvm就会增大堆直到-xmx的最大限制，可以通过minheapfreeratio参数进行调整；默认空余堆内存大于70%时，jvm会减少堆直到-xms的最小限制，可以通过maxheapfreeratio参数进行调整。< p>

下面我们来认识下非堆内存（非heap区）

• Code Cache代码缓存区

它主要用于存放JIT所编译的代码。CodeCache代码缓冲区的大小在client模式下默认最大是32m，在server模式下默认是48m，这个值也是可以设置的，它所对应的JVM参数为ReservedCodeCacheSize 和 InitialCodeCacheSize，可以通过如下的方式来为Java程序设置：

-XX:ReservedCodeCacheSize=128m

CodeCache缓存区是可能被充满的，当CodeCache满时，后台会收到CodeCache is full的警告信息，如下所示：

“CompilerThread0” java.lang.OutOfMemoryError: requested 2854248 bytes for Chunk::new. Out of swap space?

注：JIT编译器是在程序运行期间，将Java字节码编译成平台相关的二进制代码。正因为此编译行为发生在程序运行期间，所以该编译器被称为Just-In-Time编译器。

• Perm Gen

全称是Permanent Generation space，是指内存的永久保存区域，因而称之为永久代。这个内存区域用于存放Class和Meta的信息，Class在被 Load的时候被放入这个区域。因为Perm里存储的东西永远不会被JVM垃圾回收的，所以如果你的应用程序LOAD很多CLASS的话，就很可能出现PermGen space错误。默认大小为物理内存的1/64。该区域在java8之后被meta

• Metaspace（元空间）

Metaspace（元空间）是本地内存的一块内存空间，在Java8之后用来取代Perm Gen（永久区，存在堆内存中）。Metaspace（元空间）分为以下两部分：

1. Klass Metaspace:Klass Metaspace。

就是用来存klass的，klass是我们熟知的class文件在jvm里的运行时数据结构，不过有点要提的是我们看到的类似A.class其实是存在heap里的，是java.lang.Class的一个对象实例。这块内存是紧接着Heap的，和我们之前的perm一样，这块内存大小可通过-XX:CompressedClassSpaceSize参数来控制，这个参数默认是1G，但是这块内存也可以没有，假如没有开启压缩指针就不会有这块内存，这种情况下klass都会存在NoKlass Metaspace里，另外如果我们把-Xmx设置大于32G的话，其实也是没有这块内存的，因为会这么大内存会关闭压缩指针开关。还有就是这块内存最多只会存在一块。

1. NoKlass Metaspace:NoKlass Metaspace。

专门来存klass相关的其他的内容，比如method，constantPool等，这块内存是由多块内存组合起来的，所以可以认为是不连续的内存块组成的。这块内存是必须的，虽然叫做NoKlass Metaspace，但是也其实可以存klass的内容，上面已经提到了对应场景。

Klass Metaspace和NoKlass Mestaspace都是所有classloader共享的，所以类加载器们要分配内存，但是每个类加载器都有一个SpaceManager，来管理属于这个类加载的内存小块。如果Klass Metaspace用完了，那就会OOM了，不过一般情况下不会，NoKlass Mestaspace是由一块块内存慢慢组合起来的，在没有达到限制条件的情况下，会不断加长这条链，让它可以持续工作。

元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制，但可以通过以下参数来指定元空间的大小： 

　　-XX:MetaspaceSize，初始空间大小，达到该值就会触发垃圾收集进行类型卸载，同时GC会对该值进行调整：如果释放了大量的空间，就适当降低该值；如果释放了很少的空间，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提高该值。 

　　-XX:MaxMetaspaceSize，最大空间，默认是没有限制的。 

　　除了上面两个指定大小的选项以外，还有两个与 GC 相关的属性： 

　　-XX:MinMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最小的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为分配空间所导致的垃圾收集 

　　-XX:MaxMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最大的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为释放空间所导致的垃圾收集

　　-verbose参数是为了获取类型加载和卸载的信息

• 类指针压缩空间（Compressed Class Pointer Space）

只有是64位平台上启用了类指针压缩才会存在这个区域。对于64位平台，为了压缩JVM对象中的_klass指针的大小，引入了类指针压缩空间（Compressed Class Pointer Space）。要想理解什么是类指针压缩空间（Compressed Class Pointer Space，我们需要先了解_mark和_klass指针。

1. 理解_mark和_klass指针

要想理解下面这张图，你得搞清楚这些指针都是什么东西。

JVM中，每个对象都有一个指向它自身类的指针，不过这个指针只是指向具体的实现类，而不是接口或者抽象类。

对于32位的JVM:

_mark : 4字节常量

_klass: 指向类的4字节指针 对象的内存布局中的第二个字段( _klass，在32位JVM中，相对对象在内存中的位置的偏移量是4，64位的是8)指向的是内存中对象的类定义。

未开启指针压缩的64位JVM：

_mark : 8字节常量

_klass: 指向类的8字节的指针

开启了指针压缩的64位JVM：

_mark : 8字节常量

_klass: 指向类的4字节的指针

指针压缩概要

• 64位平台上默认打开
• 使用-XX:+UseCompressedOops压缩对象指针 "oops"指的是普通对象指针("ordinary" object pointers)。 Java堆中对象指针会被压缩成32位。 使用堆基地址（如果堆在低26G内存中的话，基地址为0）
• 使用-XX:+UseCompressedClassPointers选项来压缩类指针
• 对象中指向类元数据的指针会被压缩成32位
• 类指针压缩空间会有一个基地址

元空间和类指针压缩空间的区别

• 类指针压缩空间只包含类的元数据，比如InstanceKlass, ArrayKlass 仅当打开了UseCompressedClassPointers选项才生效 为了提高性能，Java中的虚方法表也存放到这里 这里到底存放哪些元数据的类型，目前仍在减少
• 元空间包含类的其它比较大的元数据，比如方法，字节码，常量池等。

• JVM栈(Jvm Stack)

每当线程调用一个Java方法时，虚拟机都会在该线程的Java栈中压入一个新帧。而这个新帧自然就成为了当前帧。在执行这个方法时，它使用这个帧来存储参数、局部变量、中间运算结果等数据。

比如，当我们执行 Object obj=new Object("123"); 实际上，中间会分成三个步骤（由于编译器优化，2和3步可能会对调）：

第一步，在jvm栈中分配一片内存，就是变量obj。

第二步，在堆中分配一片内存，用来存放Object对象。

第三步，将创建的变量指向堆中的内存。

　　Java方法可以以两种方式完成。一种通过return返回的，称为正常返回；一种是通过抛出异常而异常终止的。不管以哪种方式返回，虚拟机都会将当前帧弹出Java栈然后释放掉，这样上一个方法的帧就成为当前帧了。

　　Java帧上的所有数据都是此线程私有的。任何线程都不能访问另一个线程的栈数据，因此我们不需要考虑多线程情况下栈数据的访问同步问题。当一个线程调用一个方法时，方法的的局部变量保存在调用线程Java栈的帧中。只有一个线程能总是访问那些局部变量，即调用方法的线程。

• 本地方法栈

java调用操作系统自身方法用来存参数、局部变量和中间运算结果的栈。

附：

JVM参数的含义 

并行收集器相关参数

CMS相关参数

辅助信息