jvm讲解-jvm内存结构详解

jdk1.8以前的jvm的内存结构图（有方法区的概念）：

以上这个图可以看出内存结构的构成：

方法区
堆
虚拟机栈
程序计数器
本地方法栈
直接内存

下面开始详细介绍这些内容；

jdk1.8以后的jvm的内存结构图（引入了元空间概念），下面有具体的讲解。

1. 方法区（线程共享）

1.1 定义：

　　被所有线程共享的一块内存区域。

　　用于存储已被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量等。

　　这个区域的内存回收目标主要针对常量池的回收和对类型的卸载。

　　当方法区无法满足内存分配需求时，则抛出OutOfMemoryError异常。

　　JDK1.7中，已经把放在永久代的字符串常量池移到堆中。

　　JDK1.8撤销永久代，引入元空间。

1.2 组成

jdk 1.8 后有元空间的概念，方法区不再占用jvm内存，占用本地内存。

1.3 方法区内存溢出

1.8 以前会导致永久代内存溢出

永久代内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

修改永久代内存命令 -XX:MaxPermSize=8m

1.8 之后会导致元空间内存溢出

元空间内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

修改元空间内存命令 -XX:MaxMetaspaceSize=8m

场景：Spring，Mybatis 底层都用到了动态代理，动态生成类的字节码。

1.4 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（字符串在运行时，用到了才会存到堆中的StringTable中--相当于懒加载，串池中值是唯一的）

反编译class 命令：Javap –v HelloWord.class

1.5 练习了解StringTable

先看几道题：

String s1 = "a";

String s2 = "b";

String s3 = "a" + "b"; //javac 在编译期间的优化（常量不可能再变），结果已经在编译期确定为ab

s4 //new StringBuilder.append(“a”).append(“b”).toString() new String(“ab”)

s4 //是新对象，在堆中。常量在常量池中

String s4 = s1 + s2;

String s5 = "ab";

String s6 = s4.intern();

问题如下：

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

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

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

String x2 = new String("c") + new String("d");

String x1 = "cd";

x2.intern();

// 问题如下：

System.out.println(x1 == x2); //jdk1.6 //false

System.out.println(x1 == x2); //jdk1.8 //ture

1.6 StringTable 特性

1.常量池中的字符串仅是符号，第一次用到时才变为对象

2.利用串池的机制，来避免重复创建字符串对象

3.字符串变量拼接的原理是 StringBuilder （1.8）

4.字符串常量拼接的原理是编译期优化

5.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，如果有则并不会放入，如果没有则放入串池，会把串池中的对象返回

jdk1.6 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

1.7 StringTable 位置

StringTable本质也就是常量池，以前存在于方法区中，jdk1.7以后就进行了修改。放到了堆中，因为字符串比较多，垃圾回收能够及时清理多余的数据。

1.8 StringTable 垃圾回收

-XX:+PrintStringTableStatistics查看字符串参数的大小信息

-XX:+PrintGCDetails -verbose:gc 垃圾回收的详细信息（次数，时间。。。）

1.9 StringTable 性能调优

调整 -XX:StringTableSize=桶个数，桶数越多会越快（减少了比对的情节）

考虑将字符串对象是否入池（string.intern()）

2. 堆

2.1 定义：

Heap 堆

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，堆中对象都需要考虑线程安全的题

2.有垃圾回收机制

2.2 堆内存溢出

堆内存溢出报错：java.lang.OutOfMemoryError

堆内存默认大小是4g，修改堆内存大小命令：-Xmx256m

2.3 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命令：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

案例

垃圾回收后，内存占用仍然很高，定位问题：jvisualvm

3. 虚拟机栈

3.1 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

问题辨析

垃圾回收是否涉及栈内存？不涉及，运行后会自动弹出

栈内存分配越大越好吗？不是，内存一定，栈内存分配的大，线程数就会变少

方法内的局部变量是否线程安全？普通变量是安全的。静态变量是共享的不安全。

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

3.2 栈内存溢出

栈帧过多导致栈内存出(递归)

栈帧过大导致栈内存出--基本上不会出现

栈内存默认大小是1M，修改栈内存大小 -Xss256k

3.3 线程运行诊断

案例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 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，线程需要转成16进制配合jstack）

3.jstack 进程id，可以根据线程id 找到有问题的线程，进一步定位到问题代码的源码行号

4.程序计数器

4.1 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（有时间片的概念，在一定时间内还没运行完就会暂时释放线程）

特点：1.是线程私有的 2.不会存在内存溢

4.2 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

5.本地方法栈

本地方法：不是用Java语言编写的方法，因为Java语言是有一定限制的，有些情况下它是不能直接和操作系统打交道。这时就需要调用一些用C或C++编写的方法去跟操作系统底层打交道。Java语言可以调用这些本地方法间接的调用操作系统底层的一些功能。

本地方法栈：本地方法运行时所需要的内存就是本地方法栈。

6.直接内存

6.1 定义

直接内存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 System.gc();

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