1.JVM学习结构导图

image.png

2.内存结构

2.1 程序计数器

  1. 线程私有
  2. 不会有内存溢出的情况

  3. 线程切换时会保存当前线程执行的地址

    2.2 虚拟机栈

  4. 每个线程需要运行的内存空间，即虚拟机栈

  5. 虚拟机栈中存入的是栈帧，可以理解为运行的方法，一个虚拟机栈中可以有多个栈帧
  6. 每个线程（每个时刻）只能有一个活动栈帧 ，对应着当前正在执行的方法，方法执行时入栈，执行完毕时弹出栈
  7. 垃圾回收不涉及虚拟机栈，因为虚拟机栈是由一个个栈帧组成的，方法执行完毕栈帧出栈，不需要通过垃圾回收去回收内存

  8. 栈内存不是分配越大越好，设置的命令为 -Xss size ;物理内存是一定的，栈内存越大，即每个线程需要占用的内存空间就会越大，导致可分配的线程数就会越少。

    1. linux   1024KB
    2. macOS   1024KB
    3. Solaris 1024KB
    4. Windows 取决于虚拟内存大小

  9. 方法内的局部变量不会存在线程安全问题，若该变量属于静态变量，则会出现线程安全问题

  10. 栈内存溢出 Java.lang.stackOverflowError
    1. 无限递归（栈帧过多）
    2. 每个栈帧所占用的内存过大直接超过虚拟机栈的最大内存

  11. 线程运行诊断：

    1. top 命令，查看哪个进程占用过高的CPU
    2. ps H -eo pid,tid,%CPU | grep 进程id ,通过ps命令查看过高的进程id对应哪个线程占用过高的CPU
    3. jstack 进程id ,将ps中的线程id转为16进制后，然后在jstack命令下查看到对应的哪个线程有问题，进一步定位源码

      2.3 本地方法栈

  12. 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JAVA有时候没法直接去和操作系统底层交互，所以需要用到本地方法

  13. Object类中的clone wait notify hashCode 等 Unsafe类都是native方法

2.4 堆

2.4.1 定义

  1. 通过new关键字创建的对象都会被放在堆内存，jvm运行时数据区，占用内存最大的区域
  2. 被所有的线程共享
  3. 堆可以分为新生代和老年代，新生代由 To 、From 、Eden 组成

  4. 设置的命令 -Xmx -Xms :JVM初始分配的堆内存大小是由-Xms设置的，默认是物理内存的1/64

    2.4.2 堆内存检测工具

    堆内存溢出：java.lang.OutofMemoryError ：java heap space.

  5. jps工具 ：查看当前系统中有哪些Java进程

  6. jmap ：查看堆内存的占用情况
  7. jconsole :图形界面工具，可以连续检测

  8. jvisualvm

    2.5 方法区

    2.5.1 定义

  9. 方法区在JVM启动时创建，实际的物理内存空间可以不连续，关闭JVM就会释放这个区域

  10. 方法区存储已经被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等
  11. jdk1.6 版本是由PermGen永久代实现的，且由JVM管理，【java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space】而1.8版本之后是由本地内存进行管理，脱离了JVM,由元空间实现（元空间不再使用堆内存，使用的是操作系统内存）【java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace】
  12. 内存中存放类信息、静态变量、常量等数据，属于各个线程共享的区域

    2.5.2 方法区的演进

  • Jdk 1.6 及之前：有永久代（静态变量存放在永久代上）、字符串常量池（1.6在方法区）
  • Jdk 1.7 ：有永久代，但已经逐步 “ 去永久代 “，字符串常量池、静态变量移除，保存在堆中
  • dk 1.8 及之后： 无永久代，常量池1.8在元空间。但静态变量、字符串常量池仍在堆中
  • 为什么元空间要取代永久代：
    • 设置空间大小很难确定
      • 永久代参数设置过小,在某些场景下,如果动态加载的类过多,容易产生Perm区的OOM,比如某个实际Web工程中,因为功能点比较多,在运行过程中,要不断动态加载很多类,经常出现致命错误
      • 永久代参数设置过大,导致空间浪费
      • 默认情况下,元空间的大小受本地内存限制
    • 永久代进行调优很困难：(方法区的垃圾收集主要回收两部分：常量池中废弃的常量和不再使用的类型,而不再使用的类或类的加载器回收比较复杂,full gc 的时间长

2.5.3 方法区的设置

  • 1.8之前：使用 -XX:MaxPermSize=8m 指定永久代内存大小
  • 1.8及之后：使用 -XX:MaxMetaspaceSize=8m 指定元空间大小

2.5.4 常量池、运行时常量池、StringTable(串池)

2.5.4.1 常量池

  1. 常量池，可以看做是一张表，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

  2. 对于class 文件用javap -v *.class 后得到的信息中，Constant pool即常量池

    2.5.4.2 运行时常量池

  3. 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的内存地址

  4. 方法区内常量池之中主要存放的两大类常量：字面量和符号引用，字面量比较接近Java语言层次的常量概念，如文本字符串、被声明为final的常量值等。而符号引用则属于编译原理方面的概念，包括下面三类常量：
    1. 类和接口的全限定名
    2. 字段的名称和描述符
    3. 方法的名称和描述符

2.5.4.3 StringTable(串池)

  1. 常量池是.class文件，存放堆中数据的引用地址，而不是真实的对象，运行时常量池是jvm运行时将常量池中数据放入池中，此时引用地址真正的指向对象而不是.class文件；Stringtable是哈希表（不能扩容），它也叫做串池，用来存储字符串，这3个不是同一个东西，我们需要进行区分
  2. StringTable中存储的并不是String类型的对象，存储的而是指向String对象的索引，真实对象还是存储在堆中
  3. jdk1.6中，StringTable是放在永久代（方法区）中，jvm进行FullGC才会对常量池进行垃圾回收，影响效率，因此在jdk1.8中将StringTable放在堆中，jvm内存紧张时就会对StringTable进行垃圾回收

  4. 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=桶个数（最少设置为1009以上）

    2.5.4.4 其他

  5. StringTable为什么要调整？

    1. jdk7中将StringTable放到了堆空间中。因为永久代的回收效率很低,在full gc的时候才能触发。而full gc是老年代的空间不足、永久代不足才会触发。
    2. 这就导致StringTable回收效率不高,而我们开发中会有大量的字符串被创建,回收效率低,导致永久代内存不足,放到堆里,能及时回收内存。
  6. 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
  7. 字符串变量拼接的原理是StringBuilder
  8. 字符串常量拼接的原理是编译器优化
  9. 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
  10. 无论是串池还是堆里面的字符串，都是对象
  11. jdk1.8 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,StringTable是放在堆中的
  12. jdk1.6 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,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是属于常量池的一部分

    2.6 直接内存

    文件读写的流程：先将文件从磁盘文件读到系统内存的缓冲区，然后再从系统内存缓冲区拷贝到Java缓冲区，该区域才是JVM可以回收的。
    image.png

直接内存，是在系统内存和java内存直接有个类似通道的区域，都是可以进行访问的地方，不需要从系统内存复制到java堆内存，提高了效率
image.png
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
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