jvm学习(3)方法区、堆、对象存储位置
方法区
方法区,Method Area, 对于习惯在HotSpot虚拟机上开发和部署程序的开发者来说,很多人愿意把方法区称为“永久代”(Permanent Generation),本质上两者并不等价,仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区,或者说使用永久代来实现方法区而已。对于其他虚拟机(如BEA JRockit、IBM J9等)来说是不存在永久代的概念的。
主要存放已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据(比如spring 使用IOC或者AOP创建bean时,或者使用cglib,反射的形式动态生成class信息等)。
细分
方法区被分为两个主要的子区域:
-
持久代 这个区域会存储包括类定义、结构、字段、方法(数据及代码)以及常量在内的类相关数据。它可以通过-XX:PermSize及-XX:MaxPermSize来进行调节。如果它的空间用完了,会导致java.lang.OutOfMemoryError: PermGenspace的异常。而JDK8开始,持久代已经被彻底删除了,取代它的是另一个内存区域也被称为元空间。
-
方法区存储的是每个class的信息:1.类加载器引用(classLoader)2.运行时常量池所有常量、字段引用、方法引用、属性3.字段数据每个方法的名字、类型(如类的全路径名、类型或接口) 、修饰符(如public、abstract、final)、属性4.方法数据每个方法的名字、返回类型、参数类型(按顺序)、修饰符、属性5.方法代码每个方法编译后代码、操作数栈大小、局部变量大小、局部变量表、异常表和每个异常处理的开始位置、结 束位置、代码处理在程序计数器中的偏移地址、被捕获的异常类的常量池索引
1.2 运行时常量池
CLass文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
运行时常量池相对于CLass文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性,Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生,也就是并非预置入CLass文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池,运行期间也可能将新的常量放入池中,这种特性被开发人员利用比较多的就是String类的intern()方法。
1.3 常量池的好处
常量池是为了避免频繁的创建和销毁对象而影响系统性能,其实现了对象的共享。
例如字符串常量池,在编译阶段就把所有的字符串文字放到一个常量池中。
- (1)节省内存空间:常量池中所有相同的字符串常量被合并,只占用一个空间。
- (2)节省运行时间:比较字符串时,==比equals()快。对于两个引用变量,只用==判断引用是否相等,也就可以判断实际值是否相等。
双等号==的含义
- 基本数据类型之间应用双等号,比较的是他们的数值。
- 复合数据类型(类)之间应用双等号,比较的是他们在内存中的存放地址。
1 常量池
1.1 Class文件中的常量池
在Class文件结构中,最头的4个字节用于存储Megic Number,用于确定一个文件是否能被JVM接受,再接着4个字节用于存储版本号,前2个字节存储次版本号,后2个存储主版本号,再接着是用于存放常量的常量池,由于常量的数量是不固定的,所以常量池的入口放置一个U2类型的数据(constant_pool_count)存储常量池容量计数值。
常量池主要用于存放两大类常量:字面量(Literal)和符号引用量(Symbolic References),字面量相当于Java语言层面常量的概念,如文本字符串,声明为final的常量值等,符号引用则属于编译原理方面的概念,包括了如下三种类型的常量:
- 类和接口的全限定名
- 字段名称和描述符
- 方法名称和描述符
1.2 运行时常量池
CLass文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
运行时常量池相对于CLass文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性,Java语言并不要求常量一定只有编译期才能产生,也就是并非预置入CLass文件中常量池的内容才能进入方法区运行时常量池,运行期间也可能将新的常量放入池中,这种特性被开发人员利用比较多的就是String类的intern()方法。
1.3 常量池的好处
常量池是为了避免频繁的创建和销毁对象而影响系统性能,其实现了对象的共享。
例如字符串常量池,在编译阶段就把所有的字符串文字放到一个常量池中。
- (1)节省内存空间:常量池中所有相同的字符串常量被合并,只占用一个空间。
- (2)节省运行时间:比较字符串时,==比equals()快。对于两个引用变量,只用==判断引用是否相等,也就可以判断实际值是否相等。
双等号==的含义
- 基本数据类型之间应用双等号,比较的是他们的数值。
- 复合数据类型(类)之间应用双等号,比较的是他们在内存中的存放地址。
1.4 基本类型的包装类和常量池
java中基本类型的包装类的大部分都实现了常量池技术,即Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean。
这5种包装类默认创建了数值[-128,127]的相应类型的缓存数据,但是超出此范围仍然会去创建新的对象。 两种浮点数类型的包装类Float,Double并没有实现常量池技术。
Integer与常量池
Integer i1 = 40; Integer i2 = 40; Integer i3 = 0; Integer i4 = new Integer(40); Integer i5 = new Integer(40); Integer i6 = new Integer(0); System.out.println("i1=i2 " + (i1 == i2)); System.out.println("i1=i2+i3 " + (i1 == i2 + i3)); System.out.println("i1=i4 " + (i1 == i4)); System.out.println("i4=i5 " + (i4 == i5)); System.out.println("i4=i5+i6 " + (i4 == i5 + i6)); System.out.println("40=i5+i6 " + (40 == i5 + i6)); i1=i2 true i1=i2+i3 true i1=i4 false i4=i5 false i4=i5+i6 true 40=i5+i6 true
解释:
- (1)Integer i1=40;Java在编译的时候会直接将代码封装成Integer i1=Integer.valueOf(40);,从而使用常量池中的对象。
- (2)Integer i1 = new Integer(40);这种情况下会创建新的对象。
- (3)语句i4 == i5 + i6,因为+这个操作符不适用于Integer对象,首先i5和i6进行自动拆箱操作,进行数值相加,即i4 == 40。然后Integer对象无法与数值进行直接比较,所以i4自动拆箱转为int值40,最终这条语句转为40 == 40进行数值比较
一个Jvm实例只存在一个堆内存,堆内存的大小是可以调节的。类加器读取了类文件后,需要把类、方法、常变量放到堆内存中,保存所有引用类型的真实信息以方便执行器执行。
堆内存逻辑上分为三部分:新生+养老+永久
新生区
新生区是类的诞生、成长、消亡的区域,一个类在这里产生,应用,最后被垃圾回收器收集,结束生命。新生区又分为两部分:伊甸区(Eden Space)和幸存者区(Survivor space),所有的类都是在伊甸区被new出来的。幸村区有两个:0区(Survivor 0 space)和1区(Survivor 1space)。当伊甸园的空间用完时,程序又需要创建对象,Jvm的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收(Minor GC),将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。然后将伊甸园区中的剩余对象移动到幸存0区。若幸存0区也满了,再对该区进行垃圾回收,然后移动到1区。那如果1区也满了呢?再移动到养老区。若养老区也满了,那么这个时候将产生MajorGC(FullGC),进行养老区的内存清理。若养老区执行了Full GC之后发现依然无法进行对象的保存,就会产生OOM异常“OutOfMemoryError“。
如果出现java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space异常,说明Java虚拟机的对内存不够。原因有二:
(1)Java虚拟机的堆内存设置不够,可以通过参数-Xms、Xmx来调整。
(2)代码中创建了大量大对象,并且长时间不能被垃圾收集器收集(存在被引用)
Java堆从GC的角度还可以细分为:新生代(Eden区、From Survivor区和To Survivor区)和老年代。
MinorGC的过程(复制->清空->互换),其中,Eden:From:To = 8:1:1
1:eden、SurvivorFrom复制到survivorTo,年龄+1
首先,把Eden和SurvivorFrom区域中存活的对象复制到SurvivorTo区域(如果有对象的年龄以及达到了老年的标准,则赋值到老年代区),同时把这些对象的年龄+1(如果SurvivorTo不够位置了就放到老年区)
2:清空eden、SurvivorFrom
然后,清空Eden和SurvivorFrom中的对象
3:SurvivorTo和SurvivorFrom互换
最后,SurvivorTo和SurvivorFrom互换,原SurvivorTo成为下一次GC时SurvivorFrom区
实际而言,方法区(Method Area)和堆一样,是各个线程共享的内容区域,它用于存储虚拟机加载的:类信息+普通变量+静态变量+编译器编译后的代码等等,虽然JVM规范将方法区描述为堆的一个逻辑部分,但它却还有一个别名叫做Non-Heap(非堆),目的就是要和堆分开。
对于HotSpot虚拟机,很多开发者习惯将方法区称之为”永久代(Parmaneng Gen)”,但严格本质上说两者不同,或者说使用永久代来实现方法区而已,永久代是方法区(相当于是一个接口interface)的一个实现,jdk1.7的版本中,已经将原来放在永久代的字符串常量池移走。
java7的heap如下图所示:
Java1.8之后将最初的永久代取消了,由元空间取代。
在Java8中,永久代已经被移除了。被一个称为元空间的区域所取代。元空间的本质和永久代类似。
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。类的元数据当如native
memeory,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在由MaxPermSize控制,而由系统的实际可用空间来控制。
堆内存空间调整参数
参数名称 | 描述 |
-Xms | 设置初始分配大小,默认为物理内存的1/64 |
-Xmx | 最大分配内存,默认为物理内存的1/4 |
-XX:+PrintGCDetails | 输出详细的GC处理日志 |
-XX:+PrintGCTimeStamps | 输出GC的时间戳信息 |
-XX:+PrintGCDateStamps | 输出GC的时间戳信息(以日期的形式,如2019-09-15T16:24:24.155+0800) |
-XX:+PrintHeapAtGC | 在GC进行处理的前后打印堆内存信息 |
-Xloggc:保存路径 | 设置日志信息保存文件 |
1 public class Test {
2 public static void main(String[] args) {
3 long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();
4 long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();
5 System.out.println("maxmemeory :"+maxMemory+"字节"+(maxMemory/(double)1024/1024)+"MB");
6 System.out.println("total :"+total+"字节"+(total/(double)1024/1024)+"MB");
7
8 }
9
10 }
maxmemeory :1873805312字节1787.0MB
total :126877696字节121.0MB
我的电脑物理内存是8G,会发现默认初始内存是1/64,即大约121.0M;默认最大分配内存时1/4,即大约1787.0M
配置VM options:-Xms2G -Xmx2G -XX:+PrintGCDetails后,会输出jvm运行的详细信息,如下:
maxmemeory :2058354688字节1963.0MB
total :2058354688字节1963.0MB
Heap
PSYoungGen total 611840K, used 41984K [0x00000000d5580000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
eden space 524800K, 8% used [0x00000000d5580000,0x00000000d7e801b8,0x00000000f5600000)
from space 87040K, 0% used [0x00000000fab00000,0x00000000fab00000,0x0000000100000000)
to space 87040K, 0% used [0x00000000f5600000,0x00000000f5600000,0x00000000fab00000)
ParOldGen total 1398272K, used 0K [0x0000000080000000, 0x00000000d5580000, 0x00000000d5580000)
object space 1398272K, 0% used [0x0000000080000000,0x0000000080000000,0x00000000d5580000)
Metaspace used 3238K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 350K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
配置GC -Xms2G -Xmx2G -XX:+PrintGCDetails 使其强制产生OOM
1 public class Test {
2 public static void main(String[] args) {
3 Random random = new Random();
4 String string = "0000000000";
5 while (true)
6 {
7 string += string + random.nextInt(8888888)+random.nextInt(8888888);
8 string.intern(); //强制产生垃圾
9 }
10 }
11 }
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 504215K->49540K(611840K)] 504215K->145290K(2010112K), 0.0508276 secs] [Times: user=0.27 sys=0.08, real=0.05 secs]
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen:
538420K->1235K(611840K)] 634170K->384221K(2010112K), 0.1519967
secs] [Times: user=0.42 sys=0.28, real=0.15 secs]
[GC (Allocation
Failure) [PSYoungGen: 408791K->1171K(611840K)]
1174746K->958620K(2010112K), 0.1376924 secs] [Times: user=0.73
sys=0.05, real=0.14 secs]
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen:
192656K->0K(611840K)] [ParOldGen: 1340418K->575542K(1398272K)]
1533074K->575542K(2010112K), [Metaspace: 3318K->3318K(1056768K)],
0.1610330 secs] [Times: user=0.76 sys=0.05, real=0.16 secs]
[Full GC
(Ergonomics) [PSYoungGen: 392390K->0K(611840K)] [ParOldGen:
1341482K->384057K(1398272K)] 1733872K->384057K(2010112K),
[Metaspace: 3318K->3318K(1056768K)], 0.1103824 secs] [Times:
user=0.61 sys=0.00, real=0.11 secs]
[Full GC (Ergonomics)
[PSYoungGen: 382969K->0K(611840K)] [ParOldGen:
1149997K->1149997K(1398272K)] 1532967K->1149997K(2010112K),
[Metaspace: 3318K->3318K(1056768K)], 0.5124315 secs] [Times:
user=1.94 sys=0.05, real=0.51 secs]
[GC (Allocation Failure)
[PSYoungGen: 0K->0K(611840K)] 1149997K->1149997K(2010112K),
0.0051481 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
[Full GC
(Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(611840K)] [ParOldGen:
1149997K->1149973K(1398272K)] 1149997K->1149973K(2010112K),
[Metaspace: 3318K->3318K(1056768K)], 0.5310038 secs] [Times:
user=2.56 sys=0.08, real=0.53 secs]
Heap
PSYoungGen total 611840K, used 15045K [0x00000000d5580000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
eden space 524800K, 2% used [0x00000000d5580000,0x00000000d64315f0,0x00000000f5600000)
from space 87040K, 0% used [0x00000000fab00000,0x00000000fab00000,0x0000000100000000)
to space 87040K, 0% used [0x00000000f5600000,0x00000000f5600000,0x00000000fab00000)
ParOldGen total 1398272K, used 1149973K [0x0000000080000000, 0x00000000d5580000, 0x00000000d5580000)
object space 1398272K, 82% used [0x0000000080000000,0x00000000c6305700,0x00000000d5580000)
Metaspace used 3350K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 360K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
另外,如果不会调整内存的话,可以将Xmx和Xms调成一样的大小既可。