Java虚拟机 - 运行时数据区域

Posted 2021-12-30 Leida_wanglin

Java虚拟机 - 运行时数据区域

柯南语录：每天学习一小点，未来无限好。

1. 程序计数器（Program Counter Register寄存器）

作用：记住下一条jvm指令的执行地址
特点：
（1）线程私有的
（2）不会存在内存溢出（OutOfMemoryError）

2. Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）

每个线程运行时所需要的内存，称虚拟机栈
每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应每次方法调用时所占用的内存
每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法
每一个方法被调用直至执行完毕的过程，对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程
特点：
（1）线程私有的
（2）生命周期与线程相同

栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息

2.1. 垃圾回收是否涉及栈内存？

不涉及，栈内存由一次次的方法调用产生的栈帧内存，栈帧内存在每一次方法调用结束后会弹出栈，会自动的被回收，所以不需要垃圾回收去处理。

2.2. 栈内存分配越大越好吗？

不是的，栈内存划分的越多，线程数就越少，一般使用系统默认的大小即可。

2.3. 方法内的局部变量是否线程安全？

局部变量如果是线程私有的，因为方法内会为局部变量创建独立的栈帧，则不会造成线程安全问题，如果是线程共享的，例如static，会存在线程安全问题。
大白话：
（1）如果方法内局部变量没有逃离方法的作用访问，它是线程安全的
（2）如果是局部变量引用了对象，并逃离方法的作用方法，需要考虑线程安全

2.4. 栈内存溢出（StackOverFlowError）

（1）栈帧过多（例如方法递归调用，导致一直入栈）
（2）栈帧过大

2.5. 线程运行诊断

2.5.1. cpu占用过多

定位
（1）用top定位哪个进程对cpu的占用过高
（2）ps H -eo pd,tid,%cpu | grep 进程id（用ps命令进一步定位是哪个线程引起的cpu占用过高
（3）jstack 进程id 
		可以根据线程id找到有问题的线程，进一步定位到代码的源码行号

2.5.2. 程序运行很长时间没有结果

jstack 进程id
可能是由于死锁产生的 

3. 本地方法栈（Native Method Stacks）

与虚拟机栈非常相似，区别就是Java虚拟机栈为Java方法提供服务，而本地方法只为本地（Native）方法服务。
例如：Object中的方法许多是本地方法

4. Java堆（Java Heap）

通过new关键字，创建对象都会使用堆内存
特点：
（1）它是线程共享的，堆对象都需要考虑线程安全的问题
（2）有垃圾回收机制

4.1. 堆内存溢出（OutOfMemoryError）

存储的太多造成的，可以通过改变堆空间的大小
使用参数-Xmx和-Xms设定

4.2. 堆内存诊断

（1）jps工具：查看当前系统中有哪些java进程
（2）jmap工具（jmap -head 进程id ）：查看堆内存占用情况
（3）jconsole工具：图形界面的，多功能的监测工具，可以连续监测

5. 方法区（Method Area）

与Java堆一样，线程共享
用于存储已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数据

5.1. 方法区内存溢出

（1）1.8以前会导致永久代内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
可以设置永久代最大大小：-XX:MaxPermSize=8m 
（2）1.8以后会导致元空间内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
可以设置元空间最大大小：-XX:MaxMetaspaceSize=8m 

5.2. 运行时常量池（Runtime Constant Pool）

常量池：就是一张表，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
运行时常量池：常量池是*.class文件中的，当该类被加载后，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

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，也就是说，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，运行期间也可以将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的便是String类的intern()方法。

intern方法主动将串池中还没有的字符串对象放入串池
（1）1.8将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有则放入串池，会把串池中的对象返回
（2）1.6将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有会把此对象复制一份，放入串池，会把串池中的对象返回

常见面试题：

public class StringTable 
    //常量池中的信息，都会被加载到运行时常量池中，这时a b ab 都是常量池中的符号， 还没有变为java字符串对象
    //执行字节码命令会将a符号变为"a"字符串对象
    //执行字节码命令会将a符号变为"b"字符串对象
    //执行字节码命令会将a符号变为"ab"字符串对象

    public static void main(String[] args) 
        //StringTable["a", "b", "ab"] hashtable结构, 不能扩容

        String s1 = "a";
        String s2 = "b";

        String s3 = "ab";

        String s4 = s1 + s2;
        //new StringBuilder().append("a").append("b").toString()  new String("ab") 放在堆中

        String s5 = "a" + "b";
        //从池中找,javac在编译期间的优化，结果已经在编译期确定为ab

        String s6 = s4.intern();
        //intern 1.8将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有则放入串池，会把串池中的对象返回

        System.out.println(s3 == s4);
        //false

        System.out.println(s3 == s5);
        //true

        System.out.println(s3 == s6);
        //true
    

public class Demo 
    public static void main(String[] args) 

        String s = new String("a" ) + new String("b");

        String s2 = s.intern();

        System.out.println(s == s2);
        //true
    

public class Demo 
    public static void main(String[] args) 

        String x = "ab";

        String s = new String("a" ) + new String("b");
		
        String s2 = s.intern();
        //常量池中"ab"已经存在了，所以s2对象用的是常量池中的，而s仍然是堆中的，所以返回false

        System.out.println(s == s2);
        //false
    

6. 直接内存（Direct Memory，不属于JVM运行时数据区）

常见于NOI操作时，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