JVM入门（一） JVM内存结构

￡神魔★判官ぃ 2022-11-02 13:15 238阅读 0赞

# JVM内存结构 #

### 文章目录 ###

*  JVM内存结构
 *   *  一、什么是JVM
     *  二、程序计数器
     *   *  1. 定义
         *  2. 特点
     *  三、虚拟机栈
     *   *  1. 定义
         *  2. 问题辨析
         *  3. 内存溢出
     *  四、本地方法栈
     *  五、堆 (Heap)
     *   *  1. 定义
         *  2. 内存溢出
     *  六、方法区
     *   *  1. 定义
         *  2. 内存结构图
         *  3. 常量池与运行时常量池
         *  4. 字符串常量池 (StringTable)
         *   *  1）常见面试题
             *  2）串池所在位置
             *  3）串池垃圾回收
             *  4）串池调优
     *  七、直接内存
     *   *  1. 基本介绍

## 一、什么是JVM ##

*  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
 *  对比 JVM、JRE、JDK
    
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 *  JVM内存结构图
    
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## 二、程序计数器 ##

### 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

### 2. 特点 ###

*  是线程私有的，每个线程都有自己的程序计数器
 *  当时间片被切换到别的进程的时候，使用程序计数器保存下一条指令的地址，当时间片轮到此线程时，从程序计数器读取下一条指令的地址，从而继续程序的执行
 *  JVM中唯一不会存在内存溢出的结构

## 三、虚拟机栈 ##

### 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
 *  每个栈由多个栈帧组成，栈帧对应着每次方法调用时所占用的内存
 *  每次调用的方法都会入栈，占用栈的内存；方法执行完毕会出栈，释放栈的内存空间
 *  栈帧中的参数、局部变量、返回地址会占用内存空间
 *  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，通常是栈顶的栈帧

### 2. 问题辨析 ###

*  栈内存是否涉及垃圾回收？
    
     *  不涉及，栈内存的方法执行完毕会自动出栈释放内存，无需垃圾回收，堆中的数据需要使用垃圾回收
 *  栈内存分配越大越好吗？
    
     *  默认情况下，栈内存为1024KB；栈内存越大，会导致线程数减少，降低系统的并发性
 *  方法内的局部变量是否线程安全?
    
     *  如果变量是非static的则线程安全
        
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     *  如果是static的则线程不安全
        
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     *  如果是方法的参数或者返回值则线程不安全，因为二者都可能被别的线程调用（逃离了本线程）

### 3. 内存溢出 ###

*  Java中报的异常是StackOverflowError
 *  出现的原因
    
     *  栈帧过多导致栈内存溢出（如递归调用没有设置终止条件）
     *  栈帧过大导致栈内存溢出

## 四、本地方法栈 ##

*  给本地方法的运行提供内存空间
 *  本地方法在 Java中被声明为native
    
    ![20210225145612312.png][]
 *  本地方法表示不是由 Java编写的代码，Java有时无法编写某些接近操作系统底层的方法，需用通过本地方法接口调用C / C++编写的贴近操作系统底层的代码

## 五、堆 (Heap) ##

### 1. 定义 ###

*  通过new关键字创建的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

### 2. 内存溢出 ###

*  Java中报的异常为OutOfMemoryError
 *  出现的原因
    
     *  当对象没有调用者使用时才会触发回收机制
     *  如果创建出的对象，一直被调用且调用者不停的向此对象中添加数据，由于无法触发垃圾回收机制，最终会导致堆溢出

## 六、方法区 ##

### 1. 定义 ###

*  方法区主要存储类的一些信息
 *  方法区与是线程共享的内存区域
 *  方法区在 JVM启动的时候创建，在 JVM关闭的时候释放内存
 *  方法区的内存空间可以是不连续的
 *  方法区的内存空间大小可以选择固定大小或者可扩展
 *  JDK1.6使用永久代实现方法区；JDK1.8使用元空间实现方法区
 *  当加载的类过多时，方法区溢出会报错
    
     *  JDK1.8：OutOfMemoryError：MetaSpace（元空间内存溢出）
     *  JDK1.6：OutOfMemoryError：PermGen space（永久代内存溢出）

### 2. 内存结构图 ###

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**JDK1.8不再使用 JVM内存结构管理方法区的内存，而使用操作系统的本地内存（物理内存）**

### 3. 常量池与运行时常量池 ###

*  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，常量池是属于\*.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

### 4. 字符串常量池 (StringTable) ###

#### 1）常见面试题 ####

*  字符串常量池是HashTable（数组 + 链表）结构，不能扩容

String s1 = "a";
    String s2 = "b";
    String s3 = "ab";
    //相当于直接在字符串常量池中赋值，有则使用，无则创建，不可改变
    
    String s4 = "a" + "b";
    //javac在编译期间的优化，结果已经在编译期间确定为ab
    
    String s5 = s1 + s2;
    //相当于new StringBuilder().append("a").append("b").toString();
    //StringBuilder的toString方法返回值是return new String("ab");
    
    //s3 == s5 ? 答案：false
    //s3 == s4 ? 答案：true

*  intern()方法将字符串常量池中还没有的调用者字符串对象放入字符串常量池
    
     *  JDK1.8如果字符串常量池中有调用者对象的字符串则不会放入，如果没有则放入，并把字符串常量池中的对象返回
     *  JDK1.6如果字符串常量池中有调用者对象的字符串则不会放入，如果没有则把调用者对象复制一份再放入 (两个不同的对象)，并把字符串常量池中的对象返回
     *  上述表明调用intern()方法无论有没有将调用者字符串放入串池，返回的都是串池中的数据

**JDK1.8：**

String s = new String("a") + new String("b");
    //在串池中创建a、b
    //堆中执行new String("a")、new String("b")、拼接调用StringBuilder最终执行new String("ab")
    //串池中此时没有ab
    
    //s == "ab" ? 答案：false
    
    s.intern();
    //执行intern()表示将s("ab")放入串池
    
    //s == "ab" ? 答案：true
    
    String s2 = s.intern(); //返回的是串池中的数据
    //s2 == "ab" ? 答案：true

String x = "ab";
    //串池中已经有ab
    String s = new String("a") + new String("b");
    String s2 = s.intern(); //不会放入，返回的是串池中的数据
    
    //s2 == x ? 答案：true
    //s == x ? 答案：false

**JDK1.6：**

String s = new String("a") + new String("b");
    s.intern(); 
    //串池中此时没有ab，将拷贝出来的放入串池，s还是表示堆中的
    String x = "ab";
    
    //s == x ? 答案：false
    
    String s2 = s.intern(); //返回的是串池中的数据
    
    //s2 == x ? 答案：true

#### 2）串池所在位置 ####

*  JDK1.6及之前串池保存在永久代的常量池中
 *  JDK1.7及之后串池保存在堆空间中
 *  调整的原因是永久代回收效率不高，容易造成内存溢出

#### 3）串池垃圾回收 ####

当内存空间不足时，串池中没有被引用的常量会被垃圾回收

#### 4）串池调优 ####

*  对HashTable桶的个数（数组的元素个数）的调优
    
     *  增加桶的个数，链表较短，哈希碰撞减少，查询较快
     *  减少桶的个数，链表较长，哈希碰撞增多，查询较慢
     *  默认桶的个数是60013
     *  调整虚拟机参数修改桶的个数，使用指令 \-XX：StringTableSize=桶个数
 *  去除重复字符串的调优
    
     *  堆中如果有大量的字符串，且有许多都是重复的，可以考虑使用intern()方法将其入池，会自动去掉重复的内容，节省内存

## 七、直接内存 ##

### 1. 基本介绍 ###

*  直接内存属于操作系统的内存，不受 Java虚拟机管理
 *  常见于NIO操作，当作数据缓冲区
 *  由于不受 JVM管理，需要调用系统的接口，故分配 / 回收成本高，但读写性能高
 *  传统IO读写流程图解
    
    **Java和操作系统无法共享缓冲区，需要拷贝，读写速度较慢**
    
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 *  使用直接内存NIO读写流程图解
    
    **Java和操作系统共享直接内存，加快读写速度**
    
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