jvm-1.内存结构

内存结构

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

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？

• 不涉及

2.栈内存分配越大越好吗？

• 不是，由于物理内存一定，栈内存越大会导致线程数变小。栈内存变大了通常只是能进行更多次的方法调用。

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范围，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

例：方法递归调用未正常结束、循环引用

2.3 线程运行诊断

案例 1 ： 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

案例 2 ：程序运行很长时间没有结果

• 可能发生了死锁

 

3. 本地方法栈

为本地方法的调用提供内存空间

 

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

当对象一直被创建但又不能被垃圾回收时，可能会导致堆内存溢出

4.3 堆内存诊断

1. jps 工具 查看当前系统中有哪些 java 进程

2. jmap 工具 查看堆内存占用情况 ：jmap - heap 进程id

3. jconsole 工具 图形界面的，多功能的监测工具，可以连续监测

案例

• 垃圾回收后，内存占用仍然很高

jvisualym工具：可视化方式展示jvm内容

 

5. 方法区

5.1 定义

JVM规范-方法区定义

方法区是所有java虚拟机线程共享的区域，存储了跟类的结构相关的信息（类的成员变量、方法数据、成员方法、构造器方法）、运行时常量池

方法区在虚拟机启动时被创建，逻辑上是堆的一个组成部分，规范中并不强制方法区的位置

5.2 组成

5.3 方法区内存溢出

• 1.8 以前会导致永久代内存溢出

  • 演示永久代内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

  • -XX:MaxPermSize=8m

• 1.8 之后会导致元空间内存溢出

  • 演示元空间内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

  • -XX:MaxMetaspaceSize=8m

类加载过多会导致方法区内存溢出

场景

• mybatis

• spring

 

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

先看几道面试题：

​
​
String s1 = "a";
String s2 = "b";
String s3 = "a" + "b"; //"ab"
​
String s4 = s1 + s2; //new String("ab")
String s5 = "ab";
String s6 = s4.intern(); 
//字符串常量池："a","b","ab"
//堆内存:new String("ab")
// 问
System.out.println(s3 == s4);  //false
System.out.println(s3 == s5);  //true
System.out.println(s3 == s6);  //true
String x2 = new String("c") + new String("d"); //new String("cd") 
String x1 = "cd";
x2.intern();
//字符串常量池："c","d","cd"
//堆内存:new String("c"),new String(d),new String("cd") 
// 问，如果调换了【最后两行代码】的位置呢，如果是jdk1.6呢
System.out.println(x1 == x2);

// StringTable [ "a", "b" ,"ab" ]  hashtable 结构，不能扩容
public class Demo1_22 {
    // 常量池中的信息，都会被加载到运行时常量池中， 这时 a b ab 都是常量池中的符号，还没有变为 java 字符串对象
    // ldc #2 会把 a 符号变为 "a" 字符串对象
    // ldc #3 会把 b 符号变为 "b" 字符串对象
    // ldc #4 会把 ab 符号变为 "ab" 字符串对象
​
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "a"; // 懒惰的
        String s2 = "b";
        String s3 = "ab";
        String s4 = s1 + s2; // new StringBuilder().append("a").append("b").toString()  new String("ab")
        String s5 = "a" + "b";  // javac 在编译期间的优化，结果已经在编译期确定为ab
​
        System.out.println(s3 == s5);
​
​
​
    }

 

5.5 StringTable 特性(字符串常量池)

• 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

StringTable在内存不足时会发生垃圾回收

 

5.8 StringTable 性能调优

• 调整 -XX:StringTableSize=桶个数

  • 串池每次添加新字符串的时候会先查询，如果串池中没用该字符串，才会把它放入串池。由于串池底层是hash表，在我们可以增加桶个数以此降低桶上的链表长度，提高查询的速度，进而加快插入的速度。

• 考虑是否将字符串对象入池

  • 如果应用里有大量的字符串，而且这些字符串可能会重复，我们可以让字符串入池来减少字符串个数，节约堆内存的使用。

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

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