JVM优化-内存结构

简介
内存结构
- 1.程序计数器
- 2.虚拟机栈
- - 2.1 栈内存溢出
  - 2.2 线程运行诊断
- 3.本地方法栈
- 4.堆
- - 4.1堆内存溢出
- 5.方法区
- - 5.1 方法区内存溢出
  - 5.2 运行时常量池
  - 5.3 StringTable 特性
  - 5.4 StringTable 性能调优
- 6 直接内存
- - 6.1 分配和回收原理

简介

定义：

Java Virtual Machine - java 程序的运行环境（java 二进制字节码的运行环境）

好处：

一次编写，到处运行
自动内存管理，垃圾回收功能
数组下标越界检查
多态

jvm、jre、jdk之间的关系

意义

理解底层的实现原理
中高级程序员必备技能

内存结构

1.程序计数器

Program Counter Register 程序计数器（寄存器）- 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

2.虚拟机栈

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

问题辨析

垃圾回收是否涉及栈内存？
答：不涉及，栈会在方法调用结束后不再占用内存
栈内存分配越大越好吗？
答：不是，栈内存越大支持并发的线程数越少，因为最大内存有限
方法内的局部变量是否线程安全？
答：如果方法内局部变量没有逃离方法的作用范围，它就是线程安全的；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。

2.1 栈内存溢出

java.lang.StackOverflowError

栈帧过多导致栈内存溢出
栈帧过大导致栈内存溢出

2.2 线程运行诊断

cpu 占用过多

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命令进一步定位的哪个线程引起的 cpu 占用过高）
jstack 进程 id，找到有问题的线程，进一步定位到问题代码的源码行号

死锁

jstack 进程 id，找到有问题的线程，进一步定位到问题代码的源码行号

3.本地方法栈

Native Method Stacks 本地方法栈 - 为本地方法运行提供运行空间

4.堆

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问题
有垃圾回收机制（回收不再引用的对象）

4.1堆内存溢出

java.lang.OutofMemoryError : Java heap space

jps 工具 - 查看当前系统中有哪些 java 进程
jmap 工具 - 查看堆内存占用情况 jmap - heap 进程id
jconsole 工具 - 图形界面的多功能检测工具，可以连续监测（jdk自带）

5.方法区

组成：

5.1 方法区内存溢出

java.lang.OutOfMemoryError : Metaspace - 元空间内存溢出（ jdk 1.8 以后）
java.lang.OutOfMemoryError : PermGen space - 永久代内存溢出（ jdk 1.8 以前）

5.2 运行时常量池

常量池，就是一张表，虚拟机指令根据这张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

5.3 StringTable 特性

常量池中的字符串只是符号，第一次用到时候才会变为对象
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

jdk1.8 将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则不会放入，没有则会放入，并返回串池中的对象
jdk1.6 将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则不会放入，没有则会把此对象拷贝一份，放入串池，并返回串池中的对象

String s1 = "a";
String s2 = "b";
String s3 = "a"+"b";//常量池 ab
String s4 = s1 + s2;//堆 new String("ab")
String s5 = "ab";
String s6 = s4.intern();
//问
System.out.println(s3 == s4);//false
System.out.println(s3 == s5);//true
System.out.println(s3 == s6);//trueString x2 = new String(orignal "c")+new String(orignal "d");//堆 new String("cd")
String x1 = "cd";
x2.intern();
//问
System.out.println(x1 == x2);//false
//若调换x1 x2生成位置，jdk1.6下，
System.out.println(x1 == x2);//false

5.4 StringTable 性能调优

调整 -XX:StringTableSize=桶个数
考虑将字符串对象是否入池，以减少重复字符串占用内存

6 直接内存

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

普通的 java 文件读写，冗余了数据复制操作

直接内存的文件读写，使用了 java 与系统可共享读写的区域，提升了效率

6.1 分配和回收原理

底层使用了 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）来检测 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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