JVM系列之内存模型（Java Memory Model）

Posted 2021-06-25 smileNicky

JVM系列之内存模型（Java Memory Model）

1. 内存模型和运行时数据区

在上一章的学习中，我们照着官网学习了java虚拟机运行时数据区，这一章学习java虚拟机内存模型（Java Virtual machine menory model），可以这样理解，jvm运行时数据库是一种规范，而JVM内存模型是对改规范的实现

java虚拟机重点存储数据的是堆和方法区，所以本章节也重点从这两个方面进行比较详细描述。堆和方法区是内存共享的，而java虚拟机栈、Native方法栈、程序计数器是线程私有的

2、思维导图和图例

一个是非堆区（方法区），方法区也一般被称之为“永久代”。另外一个是堆区，分为young区和old区，young区又分为两个部分，一个是Eden区，一个是Survivor区（S0+S1），S0区也可以称之From区，S1也可以称之为To区

3、对象向JVM申请空间

4、为什么需要Survivor区?

为什么需要Survivor区?只有Eden不行吗？

假设不设计出Survivor区，Eden区进行一次MinorGC，对象就直接被送到Old区，这样一来Old区很快就被填满，Old区一满，就会进行FullGC（Old区会进行MajorGC，一般伴随着MinorGC），FullGC是很耗时的，所以设计出Survivor区的目的是减少对象被送到Old区，有一个过渡的Survivor区

补充：Minor GC:新生代
Major GC:老年代
Full GC:新生代+老年代
Eden:S1:S2是8:1:1

5、为什么需要两个Survivor区?

需要两个Survivor区的目的是为了避免内存碎片化。为什么这么说？
假设只设计出一个Survivor区，一旦Eden区满了，就会进行Minor GC，Eden区存活的对象就会被移动到Survivor区，等下一次Eden区满时候，问题就来了，进行MinorGC就将Eden区对象硬放到Survivor区，这样就导致了对象所占的内存是不连续的

6、例子进行验证

• 堆内存溢出

import lombok.Data;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

@RestController
public class HeapController {

    List<Foo> list = new ArrayList<Foo>();
    @GetMapping(value = {"heap"})
    public String heapTest() {
        while (true) {
            list.add(new Foo());
        }
    }


    @Data
    class Foo {
        String str;
    }
}

访问接口，出现内存溢出；

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
...

可以设置参数：比如-Xms64M -Xmx512M

• 方法区内存溢出

使用asm，maven配置：

<dependency>
  <groupId>asm</groupId>
  <artifactId>asm</artifactId>
  <version>3.3.1</version>
</dependency>

编写代码，向方法区中添加Class的信息，注意，电脑性能不够好，不要执行此代码，很容易，造成电脑重启，太吃内存，也可以调小循环次数

import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class MyMetaspace extends ClassLoader {

  public static List<Class<?>> createClasses() {
    List<Class<?>> classes = new ArrayList<Class<?>>();
    for (int i = 0; i < 10000000; ++i) {
      ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
      cw.visit(Opcodes.V1_1, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null,
              "java/lang/Object", null);
      MethodVisitor mw = cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC, "<init>",
              "()V", null, null);
      mw.visitVarInsn(Opcodes.ALOAD, 0);
      mw.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESPECIAL, "java/lang/Object",
              "<init>", "()V");
      mw.visitInsn(Opcodes.RETURN);
      mw.visitMaxs(1, 1);
      mw.visitEnd();
      MyMetaspace test = new MyMetaspace();
      byte[] code = cw.toByteArray();
      Class<?> exampleClass = test.defineClass("Class" + i, code, 0,
              code.length);
      classes.add(exampleClass);
    }
    return classes;
  }
}
   

方法区测试接口：

import com.example.jvm.jvmexceptionexample.asm.MyMetaspace;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

@RestController
public class NonHeapController {

    List<Class<?>> list = new ArrayList<Class<?>>();

    @GetMapping(value = {"/noheap"})
    public String noheap() {
        while (true) {
            list.addAll(MyMetaspace.createClasses());
        }
    }

}

java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method) ~[na:1.8.5_54]

处理方法，设置Metaspace的大小，比如-XX:MetaspaceSize=64M -XX:MaxMetaspaceSize=512M

• Java虚拟机栈

在前面学习，java虚拟机栈是通过栈帧方式存储，一个方法对应一个栈帧，按照队列模式进栈，所以要测试程序导致java虚拟机栈出现问题，可以通过递归方法方式进行测试：

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class StackController {

    public static long count = 0;

    public static void add(long i) {
        count ++ ;
        add(i);
    }

    @GetMapping(value = {"stack"})
    public void stack() {
        add(1);
    }

}

StackOverflow，栈溢出异常：

java.lang.StackOverflowError: null
	at com.example.jvm.jvmexceptionexample.controller.StackController.add(StackController.java:14) ~[classes/:na]

处理方法，设置-Xss256k：设置每个线程的堆栈大小。JDK 5以后每个线程堆栈大小为1M，以前每个线程堆栈大小为256K