Java Virtual Machine - java 程序的运行环境（java 二进制字节码的运行环境）
一、内存结构
1. 程序计数器
1.1 定义
Program Counter Register 程序计数器（寄存器）
1.2 作用
二进制字节码 jvm指令 java源代码
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
拿到指令 --> 解释器转为机器码 --> 机器码给cpu
-
作用：
是记住下一条jvm指令的执行地址 -
特点：
- 是线程私有的
假如现在有一本书，有好几个同学都想看，我们采取这样的策略让所有同学都能看到：每个人看一天，不管看没看完都要交给下一个人看，不断循环，直到所有人看完。每个同学都有一个小卡片记录自己看到了哪里，这样下次轮到自己看的时候就能快速的接着上次看到的地方继续看。
Java虚拟机中多线程采用时间片轮转的方式实现，一个处理器（如果是多核处理器就是一个内核）同一时间只能被一个线程使用，同一时间只能执行一个线程的指令，当时间片用完，处理器就要交给别的线程使用，为了下一次轮到自己使用处理器是能够接着执行现在的指令，使用一个计数器来记录。
- 不会存在内存溢出
2. 虚拟机栈
2.1 定义
Java Virtual Machine Stacks （Java 虚拟机栈）
演示栈帧
public class Demo1_1 {
public static void main(String[] args) {
method1();
}
private static void method1() {
method2(1, 2);
}
private static int method2(int a, int b) {
int c = a + b;
return c;
}
}
问题辨析
- 垃圾回收是否涉及栈内存？不需要垃圾回收栈内存。
- 栈内存分配越大越好吗？不是，分配的越大，可以更多次的递归方法调用，但会使线程的数目变少。（一般使用系统默认大小）
- 方法内的局部变量是否线程安全？是，每一个线程会有自己的一个栈帧，局部变量互不影响。如果是static成员变量、成员变量或者形参，其他线程可能会访问到他，则会产生影响，线程不安全
2.2 栈内存溢出
java.lang.StackOverflowError
- 栈帧过多导致栈内存溢出（递归、第三方库）
- -Xss：设置线程栈的大小
- 栈帧过大导致栈内存溢出
2.3 线程运行诊断
案例1： cpu 占用过多
定位
- 用
top命令定位哪个进程对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（进程id为10进制，jstack为16进制），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
本地方法栈的功能和特点类似于虚拟机栈，均具有线程隔离的特点以及都能抛出StackOverflowError和
OutOfMemoryError异常。
不同的是，本地方法栈服务的对象是JVM执行的native方法，而虚拟机栈服务的是JVM执行的java方法。
4. 堆
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 ( -Xmx8m 堆最大值)
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
4.3 堆内存诊断
-
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，多功能的监测工具，可以连续监测
更好用的（堆转储dump）：jvisualvm
5. 方法区
1.8之前 永久代 使用堆内存
1.8之后 元空间 使用操作系统空间
5.1 定义
5.2 组成
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"; //常量池：ab
String s4 = s1 + s2; // 堆：new String("ab");
String s5 = "ab";
String s6 = s4.intern(); // 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， 都会把串池中的对象返回
// https://zhuanlan.zhihu.com/p/55468381 intern()
// 问
System.out.println(s3 == s4); // false s3是在常量池中的，s4是在堆中的
System.out.println(s3 == s5); // true 都在常量池中
System.out.println(s3 == s6); // true 都在常量池中
String x2 = new String("c") + new String("d");
String x1 = "cd";
x2.intern(); // 没有做任何操作，如果取返回值比较，则为true
// 问，如果调换了【最后两行代码】的位置呢，如果是jdk1.6呢 // true,在常量cd进入常量池之前创建cd常量
// 1.6 的话，则会复制一份放入常量池，x2 == x1 false
System.out.println(x1 == x2); // false
5.6 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
-
5.7 StringTable 位置
* 演示 StringTable 位置
* 在jdk8下设置 -Xmx10m -XX:-UseGCOverheadLimit // 在堆空间下
* 在jdk6下设置 -XX:MaxPermSize=10m // 在永久代里面
5.8 StringTable 垃圾回收
-Xmx10m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc
5.9 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
操作系统的内存
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
6.2 分配和回收原理
-
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
-XX:+disableExplicitGC 禁用显式的调用System.gc();
此时需要释放直接内存时，则需要unsafe来直接管理内存
