JVM——内存结构

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了JVM——内存结构相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

内存结构

  1. 程序计数器
  2. 虚拟机栈
  3. 本地方法栈
  4. 方法区

1. 程序计数器

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1.1 定义

Program Counter Register 程序计数器(寄存器)

  • 作用,是记住下一条jvm指令的执行地址
  • 特点
    • 是线程私有的
    • 不会存在内存溢出

1.2 作用

 0: getstatic     #20                 // PrintStream out = System.out;
 3: astore_1                          // --
 4: aload_1                           // out.println(1);
 5: iconst_1                          // --
 6: invokevirtual #26                 // --
 9: aload_1                           // out.println(2);
10: iconst_2                          // --
11: invokevirtual #26                 // --
14: aload_1                           // out.println(3);
15: iconst_3                          // --
16: invokevirtual #26                 // --
19: aload_1                           // out.println(4);
20: iconst_4                          // --
21: invokevirtual #26                 // --
24: aload_1                           // out.println(5);
25: iconst_5                          // --
26: invokevirtual #26                 // --
29: return

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执行完0后,程序计数器就会把记住的执行地址3拿去执行。以此类推,执行4,5,6......

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  • 当线程1的时间片执行完后,就会去执行线程2.当线程2的时间片执行完后,就回去执行线程1.

  • 每个线程都有自己的程序计数器。

2. 虚拟机栈

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2.1 定义

Java Virtual Machine Stacks (Java 虚拟机栈)

  • 每个线程运行时所需要的内存,称为虚拟机栈
  • 每个栈由多个栈帧(Frame)组成,对应着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

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当方法被调用后,栈帧就会出栈,被释放掉。

2.2.举例说明:

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出栈操作:

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问题辨析

  1. 垃圾回收是否涉及栈内存?

    不需要。每个方法用完后,就弹出栈了。

  2. 栈内存分配越大越好吗?

    不是,物理内存一定,栈内存大小与线程的数量成反比关系。当物理内存为500M时,每个线程的内存为1M,则可以有500个线程;若每个线程的内存为2M,则只能有250个线程。

  3. 方法内的局部变量是否线程安全?

    • 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
    • 如果是局部变量引用了对象,并逃离方法的作用范围,需要考虑线程安全

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2.3 栈内存溢出

  • 栈帧过多导致栈内存溢出
  • 栈帧过大导致栈内存溢出

栈帧过多导致栈内存溢出:不断地调用栈帧,栈帧1还没有调用完毕就调用调用栈帧2,栈帧2还没有调用完毕就调用调用栈帧3......。只进栈,不出栈,导致超出物理内存容量,导致内存溢出。通常出现在递归调用中。

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递归调用导致栈内存溢出举例:

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设置栈内存大小为256k:

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栈帧过大导致栈内存溢出:一个栈帧的内存就超过了栈的物理内存

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2.4 线程运行诊断

案例1: cpu 占用过多

定位

  • 用top定位哪个进程对cpu的占用过高
  • ps H -eo pid,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)
  • jstack 进程id
    • 可以根据线程id 找到有问题的线程,进一步定位到问题代码的源码行号

案例2:程序运行很长时间没有结果

3. 本地方法栈

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4. 堆

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4.1 定义

Heap 堆

  • 通过 new 关键字,创建对象都会使用堆内存

特点

  • 它是线程共享的,堆中对象都需要考虑线程安全的问题
  • 有垃圾回收机制

4.2 堆内存溢出

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4.3 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

    • 查看堆内存占用情况 jmap - heap 进程id
  3. jconsole 工具

    • 图形界面的,多功能的监测工具,可以连续监测

    jps与jmap的使用:

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jconsole 工具

在Terminal中输入jconsole

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Jvisualvm:

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案例

  • 垃圾回收后,内存占用仍然很高

5. 方法区

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5.1 定义

JVM规范-方法区定义

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5.2 组成

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5.3 方法区内存溢出

  • 1.8 以前会导致永久代内存溢出

    * 演示永久代内存溢出  java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
    * -XX:MaxPermSize=8m
    
  • 1.8 之后会导致元空间内存溢出

    * 演示元空间内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
    * -XX:MaxMetaspaceSize=8m
    

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场景

* spring
* mybatis

5.4 运行时常量池

  • 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,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

5.5 StringTable

先看几道面试题:

String s1 = "a";
String s2 = "b";
String s3 = "a" + "b";
String s4 = s1 + s2;
String s5 = "ab";
String s6 = s4.intern();

// 问
System.out.println(s3 == s4);
System.out.println(s3 == s5);
System.out.println(s3 == s6);

String x2 = new String("c") + new String("d");
String x1 = "cd";
x2.intern();

// 问,如果调换了【最后两行代码】的位置呢,如果是jdk1.6呢
System.out.println(x1 == x2);

5.5 StringTable 特性

  • 常量池中的字符串仅是符号,第一次用到时才变为对象

  • 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 (1.8)

  • 字符串常量拼接的原理是编译期优化

  • 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

    • 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
    • 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

5.6 StringTable 位置

5.7 StringTable 垃圾回收

5.8 StringTable 性能调优

  • 调整 -XX:StringTableSize=桶个数
  • 考虑将字符串对象是否入池

6. 直接内存

6.1 定义

Direct Memory

  • 常见于 NIO 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

(A):

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(B):

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direct memory 少了一次缓存操作,所以速度更快。

6.2 分配和回收原理

  • 使用了 Unsafe 对象完成直接内存的分配回收,并且回收需要主动调用 freeMemory 方法
  • ByteBuffer 的实现类内部,使用了 Cleaner (虚引用)来监测 ByteBuffer 对象,一旦 ByteBuffer 对象被垃圾回收,那么就会由 ReferenceHandler 线程通过 Cleaner 的 clean 方法调用 freeMemory 来释放直接内存

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以上是关于JVM——内存结构的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

详解Jvm内存结构

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图解 JVM 内存结构

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