JVM學習筆記之JVM內存結構

JVM組成

• Java源代碼編譯成Java Class文件後通過類加載器ClassLoader加載到JVM中
  • 類存放在方法區中
  • 類創建的對象存放在堆中
  • 堆中對象的調用方法時會使用到虛擬機棧，本地方法棧，程序計數器
  • 方法執行時每行代碼由解釋器逐行執行
  • 熱點代碼由JIT編譯器即時編譯
  • 垃圾回收機制回收堆中資源
  • 和操作系統打交道需要調用本地方法接口

JVM內存結構

• 程序計數器（通過移位寄存器實現）
  

  • 程序計數器是線程私有的，每個線程單獨持有一個程序計數器
  • 程序計數器不會內存溢出

• 虛擬機棧

  • 棧：線程運行需要的內存空間

  • 棧幀：每一個方法運行需要的內存（包括參數，局部變量，返回地址等信息）

  • 每個線程只有一 個活動棧幀（棧頂的棧幀），對應着正在執行的代碼
    

  • 常見問題解析

    • 垃圾回收是否涉及棧內存：不涉及，垃圾回收只涉及堆內存

    • 棧內存分配越大越好嗎：內存一定時，棧內存越大，線程數就越少，所以不應該過大

    • 方法內的局部變量是否是線程安全的：

      • 普通局部變量是安全的
      • 靜態的局部變量是不安全的
      • 對象類型的局部變量被返回了是不安全的
      • 基本數據類型局部變量被返回時安全的
      • 參數傳入對象類型變量是不安全的
      • 參數傳入基本數據類型變量時安全的

  • 棧內存溢出（StackOverflowError）

    • 棧幀過多

      • 如遞歸調用沒有正確設置結束條件

    • 棧幀過大

      • json數據轉換 對象嵌套對象 （用戶類有部門類屬性，部門類由用戶類屬性）

    • 線程運行診斷

      • CPU佔用過高（定位問題）

        • ‘top’命令獲取進程編號，查找佔用高的進程
        • ‘ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 進程號’ 命令獲取線程的進程id，線程id，cpu佔用
        • 將查看到的佔用高的線程的線程號轉化成16進制的數 ：如6626->19E2
        • ‘ jstack 進程id ’獲取進程棧信息, 查找‘nid=0X19E2’的線程
        • 問題線程的最開始‘#數字’表示出現問題的行數，回到代碼查看

      • 程序運行很長時間沒有結果（死鎖問題）

        • ‘ jstack 進程id ’獲取進程棧信息
        • 查看最後20行左右有無‘Fount one Java-level deadlock’
        • 查看下面的死鎖的詳細信息描述和問題定位
        • 回到代碼中定位代碼進行解決

• 本地方法棧

  • 本地方法棧爲虛擬機使用到的 Native 方法服務
  • Native 方法是 Java 通過 JNI 直接調用本地 C/C++ 庫，可以認爲是 Native 方法相當於 C/C++ 暴露給 Java 的一個接口
  • 如notify，hashcode，wait等都是native方法

• 堆

  • 通過new關鍵字創建的對象都會使用堆內存

  • 堆是線程共享的

  • 堆中有垃圾回收機制

  • 堆內存溢出（OutOfMemoryError）

    • 死循環創建對象

  • 堆內存診斷

    • 命令行方式

      • ‘jps’獲取運行進程號
      • ‘jmap -heap 進程號’查看當前時刻的堆內存信息

    • jconsole

      • 命令行輸入jconsole打開可視化的界面連接上進程
      • 可視化的檢測連續的堆內存信息

    • jvisualvm

      • 命令行輸入jvisualvm打開可視化界面選擇進程
      • 可視化的查看堆內存信息

• 方法區

  • 方法區只是一種概念上的規範，具體的實現各種虛擬機和不同版本不相同
    • HotSpot1.6 使用永久代作爲方法區的實現
    • HotSpot1.8使用本地內存的元空間作爲方法區的實現（但StringTable還是放在堆中）
      

• StringTable特性

  • 常量池中的字符串僅是字符，第一次使用時才變爲對象

  • 利用串池機制，避免重複創建字符串

  • 字符串常量拼接原理是StringBuilder（1.8）

  • 字符串常量拼接原理是編譯器優化

  • StringTable在1.6中存放在永久代，在1.8中存放在堆空間

  • intern方法主動將串池中沒有的字符串對象放入串池

    • 1.8中：嘗試放入串池，如果有就不放入，只返回一個引用；如果沒有就放入串池，同時返回常量池中對象引用
    • 1.6中：嘗試放入串池，如果有就不放入，只返回一個引用；如果沒有就複製一個放進去（本身不放入），同時返回常量池中的對象引用

• 字符串常量池分析（1.8環境）

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


System.out.println(s3==s4);// s3在常量池中，s4在堆上（intern嘗試s4放入常量池，因爲ab存在了就拒絕放入返回ab引用給s6，s4還是堆上的）
System.out.println(s3==s5);// s3在常量池中，s4也在常量池中（字符串編譯期優化）
System.out.println(s3==s6);// s3在常量池中，s6是s4的intern返回常量池中ab的引用，所以也在常量池中


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

System.out.println(x1==x2);//x2調用intern嘗試放入常量池，但常量池中已經有cd了，所以只是返回一個cd的引用，而x2還是堆上的引用