今日开篇
什么是JVM 定义Java Virtual Machine,JAVA程序的运行环境(JAVA二进制字节码的运行环境)
好处- 一次编写,到处运行
- 自动内存管理,垃圾回收机制
- 数组下标越界检查
- 多态
jvm的讲解以hotspot为准
整体架构 JVM内存结构 1、程序计数器二进制字节码、jvm指令——需要经过解释器成为机器码,再给cpu执行
作用:是记住下一条jvm指令的执行地址上图的数字就是地址,放入程序计数器中,然后解释器来读
寄存器来当作程序计数器
特点线程私有
- CPU会为每个线程分配时间片,当当前线程的时间片使用完以后,CPU就会去执行另一个线程中的代码
- 程序计数器是每个线程所私有的,当另一个线程的时间片用完,又返回来执行当前线程的代码时,通过程序计数器可以知道应该执行哪一句指令
不会存在内存溢出
2、虚拟机栈每个线程运行需要的内存空间,称谓虚拟机栈
每个栈由多个栈帧组成,对应着每次调用方法时所占用的内存
每个线程只能有一个活动栈帧,对应着当前正在执行的方法
栈帧就是每个方法运行需要的内存
演示
public class Main {
public static void main(String[] args) {
method1();
}
private static void method1() {
method2(1, 2);
}
private static int method2(int a, int b) {
int c = a + b;
return c;
}
}
不断压栈和出栈
问题辨析- 垃圾回收是否涉及栈内存?
- 不需要。
因为虚拟机栈中是由一个个栈帧组成的,在方法执行完毕后,对应的栈帧就会被d出栈。
所以无需通过垃圾回收机制去回收内存。
- 不需要。
- 栈内存的分配越大越好吗?
- 不是。
因为物理内存是一定的,栈内存越大,可以支持更多的递归调用,但是可执行的线程数就会越少。
- 不是。
- 方法内的局部变量是否是线程安全的?
- 如果方法内局部变量没有逃离方法的作用范围,则是线程安全的
- 如果如果局部变量引用了对象,并逃离了方法的作用范围,则需要考虑线程安全问题
栈是线程私有的,不会有线程不安全问题
线程安全
线程不安全
多个线程公用对象sb,返回值sb是对象可以被主线程修改也是不安全,基本类型不会出现返回值问题
是否逃离了方法的作用范围
栈内存溢出Java.lang.stackOverflowError 栈内存溢出
递归调用,需要正确的递归边界
发生原因- 虚拟机栈中,栈帧过多(无限递归)
- 每个栈帧所占用过大
- Linux环境下运行某些程序的时候,可能导致CPU的占用过高,这时需要定位占用CPU过高的线程
- top命令,查看是哪个进程占用CPU过高
- ps H -eo pid, tid(线程id), %cpu | grep 刚才通过top查到的进程号 通过ps命令进一步查看是哪个线程占用CPU过高
- jstack 进程id 通过查看进程中的线程的nid,刚才通过ps命令看到的tid来对比定位,注意jstack查找出的线程id是16进制的,需要转换
死锁的例子
3、本地方法栈一些带有native关键字的方法就是需要JAVA去调用本地的C或者C++方法,因为JAVA有时候没法直接和 *** 作系统底层交互,所以需要用到本地方法。
c写的代码,用java调用
4、堆heap
定义通过new关键字创建的对象都会被放在堆内存
特点
- 所有线程共享,堆内存中的对象都需要考虑线程安全问题
- 有垃圾回收机制
java.lang.OutofMemoryError :java heap space. 堆内存溢出
堆内存诊断jconsole
案例:垃圾回收后,内存占用依然很高
jvirsalvm
某个容器一直使用,没有回收
5、方法区p46页
方法区与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量
内存溢出- 1.8以前会导致永久代内存溢出
- 1.8以后会导致元空间内存溢出
元空间内存溢出
永久代内存溢出
运行时常量池二进制字节码的组成:类的基本信息、常量池、类的方法定义(包含了虚拟机指令)
通过反编译来查看类的信息
获得对应类的.class文件
在JDK对应的bin目录下运行cmd,也可以在IDEA控制台输入
- 输入 javac 对应类的绝对路径
F:\JAVA\JDK8.0\bin>javac F:\Thread_study\src\com\nyima\JVM\day01\Main.java
Copy
输入完成后,对应的目录下就会出现类的.class文件
在控制台输入 javap -v 类的绝对路径
javap -v F:\Thread_study\src\com\nyima\JVM\day01\Main.class
Copy然后能在控制台看到反编译以后类的信息了
- 类的基本信息
- 常量池
虚拟机中执行编译的方法(框内的是真正编译执行的内容,#号的内容需要在常量池中查找)
运行时常量池
- 常量池
- 就是一张表(如上图中的constant pool),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、字面量信息
- 运行时常量池
- 常量池是.class文件中的,当该*类被加载以后,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
常量池与串池的关系
串池StringTable在运行常量池中
特征
- 常量池中的字符串仅是符号,只有在被用到时才会转化为对象
- 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
- 字符串常量拼接的原理是编译器优化
- 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中
- 注意:无论是串池还是堆里面的字符串,都是对象
用来放字符串对象且里面的元素不重复
1、变量拼接
常量池中的信息,都会被加载到运行时常量池中,但这是a b ab 仅是常量池中的符号,还没有成为java字符串
1、当执行到 ldc #2 时,会把符号 a 变为 “a” 字符串对象,并放入串池中(hashtable结构 不可扩容)
2、当执行到 ldc #3 时,会把符号 b 变为 “b” 字符串对象,并放入串池中
3、当执行到 ldc #4 时,会把符号 ab 变为 “ab” 字符串对象,并放入串池中
最终StringTable [“a”, “b”, “ab”]是hashtable结构不能扩容
注意:字符串对象的创建都是懒惰的,只有当运行到那一行字符串且在串池中不存在的时候(如 ldc #2)时,该字符串才会被创建并放入串池中。
使用拼接字符串变量对象创建字符串的过程
public class StringTableStudy {
public static void main(String[] args) {
String a = "a";
String b = "b";
String ab = "ab";
//拼接字符串对象来创建新的字符串
String ab2 = a+b;
}
}
反编译后的结果
Code:
stack=2, locals=5, args_size=1
0: ldc #2 // String a
2: astore_1
3: ldc #3 // String b
5: astore_2
6: ldc #4 // String ab
8: astore_3
9: new #5 // class java/lang/StringBuilder
12: dup
13: invokespecial #6 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
16: aload_1
17: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String
;)Ljava/lang/StringBuilder;
20: aload_2
21: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String
;)Ljava/lang/StringBuilder;
24: invokevirtual #8 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/Str
ing;
27: astore 4
29: return
通过拼接的方式来创建字符串的过程是:StringBuilder().append(“a”).append(“b”).toString()
最后的toString方法是new String("ab") 返回值是一个新的字符串,但字符串的值和拼接的字符串一致,但是两个不同的字符串,一个存在于串池之中,一个存在于堆内存之中
String ab = "ab";
String ab2 = a+b;
//结果为false,因为ab是存在于串池之中,ab2是由StringBuffer的toString方法所返回的一个对象,存在于堆内存之中
System.out.println(ab == ab2);
2、使用拼接字符串常量对象的方法创建字符串
public class StringTableStudy {
public static void main(String[] args) {
String a = "a";
String b = "b";
String ab = "ab";
String ab2 = a+b;
//使用拼接字符串的方法创建字符串
String ab3 = "a" + "b";
}
}
反编译后的结果
Code:
stack=2, locals=6, args_size=1
0: ldc #2 // String a
2: astore_1
3: ldc #3 // String b
5: astore_2
6: ldc #4 // String ab
8: astore_3
9: new #5 // class java/lang/StringBuilder
12: dup
13: invokespecial #6 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
16: aload_1
17: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String
;)Ljava/lang/StringBuilder;
20: aload_2
21: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String
;)Ljava/lang/StringBuilder;
24: invokevirtual #8 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/Str
ing;
27: astore 4
//ab3初始化时直接从串池中获取字符串
29: ldc #4 // String ab
31: astore 5
33: return
- 使用拼接字符串常量的方法来创建新的字符串时,因为内容是常量,javac在编译期会进行优化,结果已在编译期确定为ab,而创建ab的时候已经在串池中放入了“ab”,所以ab3直接从串池中获取值,所以进行的 *** 作和 ab = “ab” 一致。
- 使用拼接字符串变量的方法来创建新的字符串时,因为内容是变量,只能在运行期确定它的值,所以需要使用StringBuilder来创建
串池,遇见一个 没见过的字符串则放入串池
3、intern方法 1.8
调用字符串对象的intern方法,会将该字符串对象尝试放入到串池中
- 如果串池中没有该字符串对象,则放入成功
- 如果有该字符串对象,则放入失败
无论放入是否成功,都会返回串池中的字符串对象
注意:此时如果调用intern方法成功,堆内存与串池中的字符串对象是同一个对象;如果失败,则不是同一个对象
动态拼接的仅在堆中,并不在串池中
public class Main {
public static void main(String[] args) {
//"a" "b" 被放入串池中,str则存在于堆内存之中
String str = new String("a") + new String("b");
//调用str的intern方法,这时串池中没有"ab",则会将该字符串对象放入到串池中,此时堆内存与串池中的"ab"是同一个对象
String st2 = str.intern();
//给str3赋值,因为此时串池中已有"ab",则直接将串池中的内容返回
String str3 = "ab";
//因为堆内存与串池中的"ab"是同一个对象,所以以下两条语句打印的都为true
System.out.println(str == st2);
System.out.println(str == str3);
}
}
str对象也会放入串池中,如果已经有则入队失败
public class Main {
public static void main(String[] args) {
//此处创建字符串对象"ab",因为串池中还没有"ab",所以将其放入串池中
String str3 = "ab";
//"a" "b" 被放入串池中,str则存在于堆内存之中
String str = new String("a") + new String("b");
//此时因为在创建str3时,"ab"已存在与串池中,所以放入失败,但是会返回串池中的"ab"
String str2 = str.intern();
//false
System.out.println(str == str2);
//false
System.out.println(str == str3);
//true
System.out.println(str2 == str3);
}
}
intern方法 1.6
调用字符串对象的intern方法,会将该字符串对象尝试放入到串池中
- 如果串池中没有该字符串对象,会将该字符串对象复制一份,再放入到串池中
- 如果有该字符串对象,则放入失败
无论放入是否成功,都会返回串池中的字符串对象
注意:此时无论调用intern方法成功与否,串池中的字符串对象和堆内存中的字符串对象都不是同一个对象
StringTable的位置
1.6永久代内存触发时间迟,现在都放在堆中,1.7之后都在堆中提高效率
jvm垃圾回收
如果98%的时间花在垃圾回收上,但是只回收2%的堆空间,就会报一个错误
就可以重新出现Java heap space堆内存溢出
StringTable的垃圾回收
StringTable在内存紧张时,会发生垃圾回收
StringTable调优
底层是哈希表
48万个单词放在20万个桶中,所以一个桶2个链表长度,速度就快
- 因为StringTable是由HashTable实现的,所以可以适当增加HashTable桶的个数,来减少字符串放入串池所需要的时间
-XX:StringTableSize=xxxx
考虑是否需要将字符串对象入池
可以通过intern方法减少重复入池
将重复字符串入池,来减少字符串个数节约堆内存的使用
6、直接内存- 属于 *** 作系统,常见于NIO *** 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
NIO效率更高
读取俩次效率低,先读取系统在读取给java
使用了DirectBuffer
少了一次读取 *** 作,效率提高
注意NIO的知识也要补充
直接内存是 *** 作系统和Java代码都可以访问的一块区域,无需将代码从系统内存复制到Java堆内存,从而提高了效率
释放原理
直接内存的回收不是通过JVM的垃圾回收来释放的,而是通过unsafe.freeMemory来手动释放
通过
//通过ByteBuffer申请1M的直接内存
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(_1M);
申请直接内存,但JVM并不能回收直接内存中的内容,它是如何实现回收的呢?
allocateDirect的实现public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) {
return new DirectByteBuffer(capacity);
}
直接内存
垃圾回收不会管理直接内存
用了DirectByteBuffer实现类,里面有base = unsafe.allocateMemory(size); //申请内存
cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap)); //通过虚引用,来实现直接内存的释放,this为虚引用的实际对象
这里调用了一个Cleaner的create方法,且后台线程还会对虚引用的对象监测,如果虚引用的实际对象(这里是DirectByteBuffer)被回收以后,就会调用Cleaner的clean方法,来清除直接内存中占用的内存
分配和回收原理- 使用了Unsafe类来完成直接内存的分配回收,回收需要主动调用freeMemory方法
- ByteBuffer的实现内部使用了Cleaner(虚引用)来检测ByteBuffer。
一旦ByteBuffer被垃圾回收,那么会由ReferenceHandler来调用Cleaner的clean方法调用freeMemory来释放内存
直接内存用unsafe手动删除
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