JVM(一)内存结构

JVM(一)内存结构,第1张

JVM(一)内存结构

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

学习JVM的作用

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。


  • 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。


  • 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
    • 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
线程运行诊断
  • 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。


java调用c语言编写的方法---本地方法篇之java中的native关键字

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
堆内存溢出

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.javaCopy

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.classCopy
  • 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
StringTable

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
传统IO与NIO性能比较

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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原文地址: http://outofmemory.cn/zaji/589536.html

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