Java基础----Java内存模型

自己做知识点总结，主要来自：
java内存模型
https://www.cnblogs.com/czwbig/p/11127124.html

JVM中的堆的新生代、老年代、永久代详解：
https://www.cnblogs.com/byqin/p/12512528.html

Java的垃圾回收机制
https://www.cnblogs.com/jiangtunan/p/11025521.html

内存模型（Java Memory Model，简称 JMM ）是定义了线程和主内存之间的抽象关系，即 JMM 定义了 JVM 在计算机内存(RAM)中的工作方式

JDK8 之前的内存区域图

JDK8 之后的 JVM 内存布局
在java8中，PermGen 最终被移除，方法区移Metaspace（元数据区），字符串常量移至 Java Heap

虚拟机栈

与程序计数器一样，Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。

虚拟机栈描述的是 Java 方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame，是方法运行时的基础数据结构）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

在活动线程中，只有位千栈顶的帧才是有效的，称为当前栈帧。正在执行的方法称为当前方法，栈帧是方法运行的基本结构。在执行引擎运行时，所有指令都只能针对当前栈帧进行操作。

Java堆区
对于大多数应用来说，Java 堆（Java Heap）是 Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java 堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆”（Garbage Collected Heap）。从内存回收的角度来看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以 Java 堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有 Eden 空间、From Survivor 空间、To Survivor 空间等。从内存分配的角度来看，线程共享的 Java 堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）。

Java 堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的（通过 -Xmx 和 -Xms 控制）。如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出 OutOfMemoryError 异常。

本地方法栈
本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。Sun HotSpot 虚拟机直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出 *Error 和 OutOfMemoryError 异常。

线程开始调用本地方法时，会进入 个不再受 JVM 约束的世界。本地方法可以通过 JNI(Java Native Interface)来访问虚拟机运行时的数据区，甚至可以调用寄存器，具有和 JVM 相同的能力和权限。 当大量本地方法出现时，势必会削弱 JVM 对系统的控制力，因为它的出错信息都比较黑盒。对内存不足的情况，本地方法栈还是会抛出 nativeheapOutOfMemory。

JNI 类本地方法最著名的应该是 System.currentTimeMillis() ，JNI使 Java 深度使用操作系统的特性功能，复用非 Java 代码。 但是在项目过程中， 如果大量使用其他语言来实现 JNI , 就会丧失跨平台特性。

Java垃圾回收机制
当前虚拟机的垃圾回收机制都采用分代收集算法，即 新生代、老年代、永久代，根据具体的情况选择相应的垃圾回收算法，

新生代
　　新生代主要用来存放新生的对象。一般占据堆空间的1/3。在新生代中，保存着大量的刚刚创建的对象，但是大部分的对象都是朝生夕死，所以在新生代中会频繁的进行MinorGC，进行垃圾回收。新生代又细分为三个区：Eden区、SurvivorFrom、ServivorTo区，三个区的默认比例为：8：1：1。

• Eden区：Java新创建的对象绝大部分会分配在Eden区（如果对象太大，则直接分配到老年代）。当Eden区内存不够的时候，就会触发MinorGC（新生代采用的是复制算法），对新生代进行一次垃圾回收。

• SurvivorFrom区和To区：在GC开始的时候，对象只会存在于Eden区和名为From的Survivor区，To区是空的，一次MinorGc过后，Eden区和SurvivorFrom区存活的对象会移动到SurvivorTo区中，然后会清空Eden区和SurvivorFrom区，并对存活的对象的年龄+1，如果对象的年龄达到15，则直接分配到老年代。MinorGC完成后，SurvivorFrom区和SurvivorTo区的功能进行互换。下一次MinorGC时，会把SurvivorTo区和Eden区存活的对象放入SurvivorFrom区中，并计算对象存活的年龄。

老年代
　　老年代主要存放应用中生命周期长的内存对象。老年代比较稳定，不会频繁的进行MajorGC。而在MaiorGC之前才会先进行一次MinorGc，使得新生的对象进入老年代而导致空间不够才会触发。当无法找到足够大的连续空间分配给新创建的较大对象也会提前触发一次MajorGC进行垃圾回收腾出空间。

在老年代中，MajorGC采用了标记—清除算法：首先扫描一次所有老年代里的对象，标记出存活的对象，然后回收没有标记的对象。MajorGC的耗时比较长。因为要扫描再回收。MajorGC会产生内存碎片，当老年代也没有内存分配给新来的对象的时候，就会抛出OOM（Out of Memory）异常。

永久代

永久代指的是永久保存区域。主要存放Class和Meta（元数据）的信息。Classic在被加载的时候被放入永久区域，它和存放的实例的区域不同，在Java8中，永久代已经被移除，取而代之的是一个称之为“元数据区”（元空间）的区域。元空间和永久代类似，都是对JVM中规范中方法的实现。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的限制。类的元数据放入native memory，字符串池和类的静态变量放入java堆中。这样可以加载多少类的元数据就不再由MaxPermSize控制，而由系统的实际可用空间来控制。

采用元空间而不用永久代的原因：

• 为了解决永久代的OOM问题，元数据和class对象存放在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出。

• 类及方法的信息等比较难确定其大小，因此对于永久代大小指定比较困难，大小容易出现永久代溢出，太大容易导致老年代溢出（堆内存不变，此消彼长）。

• 永久代会为GC带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低。

• 为了 HotSpot 与 JRockit 的整合，因为 JRockit 没有永久代

volatile关键字
volatile是JVM提供的最轻量级的同步机制，当一个变量定义为volatile之后，他将具备两种特性
1.保证此变量对所有线程的可见性。而普通变量不能做到这一点，普通变量的值在线程间传递均需要通过主内存来完成。
注意，volatile 虽然保证了可见性，但是 Java 里面的运算并非原子操作，导致 volatile 变量的运算在并发下一样是不安全的。而 synchronized 关键字则是由“一个变量在同一个时刻只允许一条线程对其进行 lock 操作”这条规则获得线程安全的。

2.禁止指令重排序优化。普通的变量仅仅会保证在该方法的执行过程中所有依赖赋值结果的地方都能获取到正确的结果，而不能保证变量赋值操作的顺序与程序代码中的执行顺序一致。