3 JVM内存模型

3.1 JVM整体结构

说明

执行java Math.class命令，通过类装载子系统将类信息装载到方法区（元空间），生成class对象；
jvm通过字节码执行引擎执行Math#main()方法，分配线程栈/本地方法栈空间，生成的对象放到堆内存；
线程栈存放的就是一个线程的数据，一个方法对应一个栈帧，栈帧数据包括局部变量表a=1、b=2、c=3，操作数栈，动态链接，方法出口；
程序运行中产出的堆数据放入推内存，通过垃圾回收机制清理堆内存

为什么一定要STW，如果不要STW会如何？

STW时就是通过gcroot查找非垃圾对象，当gc线程找到了一部分gcroot为非垃圾对象后，如果存在线程还在运行并且随后执行完成，线程结束后所涉及到的对象都成了垃圾对象，如果刚好这些非垃圾对象存在于之前通过gc线程找到的非垃圾对象，gc线程做的工作就白做了。所以还不如直接停止所有的线程即SWT，来执行gc操作。

3.2 JVM内存模型

3.2.1 运行时数据区

方法区（线程共享）

存放jvm加载的类元信息、静态变量、常量信息（运行时常量池信息）；
1.8之前为永久代，为jvm内存。1.8之后为元数据区，为物理直接内存，默认不限制大小，具体大小受服务器内存大小限制；
直接内存，也是服务器的物理内存，比如jvm的元数据区。
java代码实现：

ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1000); // 分配在堆内存
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1000); // 分配在物理内存，直接内存

对比：
堆内存读写效率低，直接内存读写效率高；
堆内存分配空间效率高，直接内存分配空间低；

堆（线程共享）

存放对象、字符串常量；
垃圾回收的主要区域，分为年轻代（Eden+Survivor）+老年代；

线程栈（属于线程）

java方法执行的地方，属于线程，每一个方法运行的时候都会分配对应的栈帧用于存储相关信息，先进后出（LIFO），方法执行完及时出栈，每一个方法调用是一个栈帧从入栈到出栈的过程；
包括：
局部变量表，存放方法临时变量，包括基本类型和引用变量（值为对象内存地址）；
操作数栈，存放计算结果，比如存放a+b的值3；
动态链接，找到子方法，存放的方法内存地址；
方法出口，标识栈帧方法结束，比如从math.compute()方法何时返回到main方法；
也可能存放对象，当jvm认为方法引用的对象是临时使用，就会放在方法栈，避免放在堆区增大垃圾回收压力，逃逸分析；

本地方法栈（属于线程）

jvm调用navtive方法的服务，本地方法实际调用的是c/c++程序，比如windows系统的.dll文件；

程序计数器（属于线程）

当前线程执行字节码的行号，类似于操作系统的pc计数器，多线程时保证cpu切换线程回来知道从哪里继续执行；

字节码执行引擎

执行字节码的程序；
垃圾回收；

类加载器子系统

C++实现，加载类到jvm；

3.2.2 JVM参数设置

示例

Spring Boot程序的JVM参数设置格式(Tomcat启动直接加在bin目录下catalina.sh文件里)：

java -Xms2048M -Xmx2048M -Xmn1024M -Xss512K -XX:MetaspaceSize=256M -XX:MaxMetaspaceSize=256M -jar microservice-eureka-server.jar

参数说明

-Xss：每个线程的栈大小，默认1M；
-Xms：设置堆的初始可用大小，默认物理内存的1/64 ；
-Xmx：设置堆的最大可用大小，默认物理内存的1/4；
-Xmn：新生代大小；
-XX:NewRatio：默认2表示新生代占年老代的1/2，占整个堆内存的1/3；
-XX:SurvivorRatio：默认8表示一个survivor区占用1/8的Eden内存，即1/10的新生代内存；

关于元空间的JVM参数有两个：-XX:MetaspaceSize=N和 -XX:MaxMetaspaceSize=N

-XX：MaxMetaspaceSize：设置元空间最大值，默认是-1，即不限制，或者说只受限于本地内存大小。
-XX：MetaspaceSize：指定元空间触发Fullgc的初始阈值(元空间无固定初始大小)，以字节为单位，默认是21M左右，达到该值就会触发full gc进行类型卸载，同时收集器会对该值进行调整：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-XX：MaxMetaspaceSize（如果设置了的话）的情况下，适当提高该值。这个跟早期jdk版本的-XX:PermSize参数意思不一样，-XX:PermSize代表永久代的初始容量。
由于调整元空间的大小需要Full GC，这是非常昂贵的操作，如果应用在启动的时候发生大量Full GC，通常都是由于永久代或元空间发生了大小调整，基于这种情况，一般建议在JVM参数中将MetaspaceSize和MaxMetaspaceSize设置成一样的值，并设置得比初始值要大，对于8G物理内存的机器来说，一般我会将这两个值都设置为256M。

3.2.3 JVM参数设置实战

日均百万级订单交易系统如何设置JVM参数？

说明

每日点击上亿次，每个用户点击二三十次，大约日活用户就是500w，如果付费转化率为10%，那么日均就有订单50w单，高峰大促活动时几分钟（比如10分钟）就会产生50w单，每秒就有1000多单；
三台服务器，每台服务器配置为内存8G，那么每台服务器处理300单/秒；
如果每个订单对象是1KB（大约可以存500个字符），每秒就有300KB的对象生成，还有其他对象放大20倍，还有查询对象再放大10倍，最后每秒有300KB2010=60M对象产生，这些对象1秒后变为垃圾对象；
默认年轻代与老年代比例为1:2，大概为1G，先将年轻代大小调大为2048M，让对象尽量在年轻代中被回收