JVM 内存结构

内存结构

Java与c++之间有一堵有内存动态分配和垃圾收集技术所围成的“高墙”，墙外面的人想进去，墙里面的人想出来。

1.程序计数器

1.1 定义

Program Counter Register 程序计数器（寄存器）

  • 作用，是记住下一条jvm指令的执行地址
  • 特点：
    • 是线程私有的
    • 不会存在内存溢出

1.2 作用

 0: getstatic     #20                 // PrintStream out = System.out;
 3: astore_1                          // --
 4: aload_1                           // out.println(1);
 5: iconst_1                          // --
 6: invokevirtual #26                 // --
 9: aload_1                           // out.println(2);
10: iconst_2                          // --
11: invokevirtual #26                 // --
14: aload_1                           // out.println(3);
15: iconst_3                          // --
16: invokevirtual #26                 // --
19: aload_1                           // out.println(4);
20: iconst_4                          // --
21: invokevirtual #26                 // --
24: aload_1                           // out.println(5);
25: iconst_5                          // --
26: invokevirtual #26                 // --
29: return

2. 虚拟机栈

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2.1 定义

Java Virtual Machine Stacks （Java 虚拟机栈）

  • 每个线程运行时所需要的内存，称为虚拟机栈
  • 每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存
  • 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法

问题辨析

  1. 垃圾回收是否涉及栈内存？

  2. 栈内存分配越大越好吗？

  3. 方法内的局部变量是否线程安全？

  • 如果方法内局部变量没有逃离方法的作用访问，它是线程安全的

  • 如果是局部变量引用了对象，并逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全

2.2 栈内存溢出

  • 栈帧过多导致栈内存溢出
  • 栈帧过大导致栈内存溢出

2.3 线程运行诊断

cpu 占用过多 定位

  • 用top定位哪个进程对cpu的占用过高

  • ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 进程id （用ps命令进一步定位是哪个线程引起的cpu占用过高）

  • jstack 进程id

    • 可以根据线程id 找到有问题的线程，进一步定位到问题代码的源码行号

3. 本地方法栈

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4.堆

4.1 定义

Heap 堆

  • 通过 new 关键字，创建对象都会使用堆内存
    特点
  • 它是线程共享的，堆中对象都需要考虑线程安全的问题
  • 有垃圾回收机制

4.2 堆内存溢出

4.3 堆内存诊断

  1. jps 工具
  • 查看当前系统中有哪些 java 进程
  1. jmap 工具
  • 查看堆内存占用情况 jmap - heap 进程id
  1. jconsole 工具
  • 图形界面的，多功能的监测工具，可以连续监测

5.方法区

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5.1 定义

JVM规范-方法区定义

https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-2.html

2.5.4. Method Area
The Java Virtual Machine has a method area that is shared among all Java Virtual Machine threads. The method area is analogous to the storage area for compiled code of a conventional language or analogous to the “text” segment in an operating system process. It stores per-class structures such as the run-time constant pool, field and method data, and the code for methods and constructors, including the special methods (§2.9) used in class and instance initialization and interface initialization.
Java虚拟机中有一个被所有jvm线程共享的方法区。方法区有点类似于传统编程语言中的编译代码块或者操作系统层面的代码段。它存储着每个类的构造信息，譬如运行时的常量池，字段，方法数据，以及方法和构造方法的代码，包括一些在类和实例初始化和接口初始化时候使用的特殊方法。

The method area is created on virtual machine start-up. Although the method area is logically part of the heap, simple implementations may choose not to either garbage collect or compact it. This specification does not mandate the location of the method area or the policies used to manage compiled code. The method area may be of a fixed size or may be expanded as required by the computation and may be contracted if a larger method area becomes unnecessary. The memory for the method area does not need to be contiguous.
方法区在jvm启动时候被创建。虽然方法区在逻辑层面上是堆的一部分，但是就简单实现来说既不会被回收也不会被压缩。这个规范并不强制指定方法区存放的位置也不会对编译过的代码有管理策略的限制。方法区可能有一个固定的大小或者也可以通过计算大小去扩展也可以在不需要的时候被压缩。方法区的内存也不需要是连续的。

A Java Virtual Machine implementation may provide the programmer or the user control over the initial size of the method area, as well as, in the case of a varying-size method area, control over the maximum and minimum method area size.
Jvm虚拟机实现可以提供给编程人员或者用户初始化方法区的大小，同时在方法区可变大小的情况下，控制这个方法区的最大值和最小值。
The following exceptional condition is associated with the method area:
下面这种异常情况是和方法区有关联的：
If memory in the method area cannot be made available to satisfy an allocation request, the Java Virtual Machine throws an OutOfMemoryError.
如果方法区满足不了构造所需要的内存，jvm就会抛出OutOfMemoryError。

5.2 组成

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5.3 方法区内存溢出

  • 1.8 以前会导致永久代内存溢出

    -XX:MaxPermSize=8m
java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

  • 1.8 之后会导致元空间内存溢出

    -XX:MaxMetaspaceSize=8m
java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

5.4 运行时常量池

  • 常量池，就是一张表，虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量
    等信息
  • 运行时常量池，常量池是 *.class 文件中的，当该类被加载，它的常量池信息就会放入运行时常量
    池，并把里面的符号地址变为真实地址

5.5 StringTable

例题：

String s1 = "a";
String s2 = "b";
String s3 = "a" + "b";
String s4 = s1 + s2;
String s5 = "ab";
String s6 = s4.intern();

// 问
System.out.println(s3 == s4);
System.out.println(s3 == s5);
System.out.println(s3 == s6);

String x2 = new String("c") + new
String x1 = "cd";
x2.intern();

// 问，如果调换了【最后两行代码】的位置呢
System.out.println(x1 == x2);

5.5 StringTable 特性

  • 常量池中的字符串仅是符号，第一次用到时才变为对象
  • 利用串池的机制，来避免重复创建字符串对象
  • 字符串变量拼接的原理是 StringBuilder （1.8）
  • 字符串常量拼接的原理是编译期优化
  • 可以使用 intern 方法，主动将串池中还没有的字符串对象放入串池
  • 1.8 将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有则放入串池， 会把串
    池中的对象返回
  • 1.6 将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有会把此对象复制一份，
    放入串池， 会把串池中的对象返回

5.6 StringTable 位置

5.7 StringTable 垃圾回收

5.8 StringTable 性能调优

  • 调整 -XX:StringTableSize=桶个数

  • 考虑将字符串对象是否入池

6.直接内存

6.1 定义

Direct Memory

  • 常见于 NIO 操作时，用于数据缓冲区
  • 分配回收成本较高，但读写性能高
  • 不受 JVM 内存回收管理

6.2 分配和回收原理

  • 使用了 Unsafe 对象完成直接内存的分配回收，并且回收需要主动调用 freeMemory 方法
  • ByteBuffer 的实现类内部，使用了 Cleaner （虚引用）来监测 ByteBuffer 对象，一旦ByteBuffer 对象被垃圾回收，那么就会由 ReferenceHandler 线程通过 Cleaner 的 clean 方法调用 freeMemory 来释放直接内存
posted @ 2021-08-31 10:08  飞飞很要强  阅读(30)  评论(0)  编辑  收藏  举报