JVM——内存结构（2）
内存结构
- 程序计数器
- 虚拟机栈
- 本地方法栈
- 堆
- 方法区
1. 程序计数器
1.1 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
- 特点
- 是线程私有的
- 不会存在内存溢出
1.2 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
执行完0后，程序计数器就会把记住的执行地址3拿去执行。以此类推，执行4，5，6......
当线程1的时间片执行完后，就会去执行线程2.当线程2的时间片执行完后，就回去执行线程1.
每个线程都有自己的程序计数器。
2. 虚拟机栈
2.1 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
当方法被调用后，栈帧就会出栈，被释放掉。
2.2.举例说明：
出栈操作：
问题辨析
垃圾回收是否涉及栈内存？
不需要。每个方法用完后，就弹出栈了。
栈内存分配越大越好吗？
不是，物理内存一定，栈内存大小与线程的数量成反比关系。当物理内存为500M时，每个线程的内存为1M，则可以有500个线程；若每个线程的内存为2M，则只能有250个线程。
方法内的局部变量是否线程安全？
- 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
2.3 栈内存溢出
- 栈帧过多导致栈内存溢出
- 栈帧过大导致栈内存溢出
栈帧过多导致栈内存溢出:不断地调用栈帧，栈帧1还没有调用完毕就调用调用栈帧2，栈帧2还没有调用完毕就调用调用栈帧3......。只进栈，不出栈，导致超出物理内存容量，导致内存溢出。通常出现在递归调用中。
递归调用导致栈内存溢出举例：
设置栈内存大小为256k:
栈帧过大导致栈内存溢出：一个栈帧的内存就超过了栈的物理内存
2.4 线程运行诊断
案例1： cpu 占用过多
定位
- 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
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
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
jps与jmap的使用：
jconsole 工具
在Terminal中输入jconsole
Jvisualvm:
案例
- 垃圾回收后，内存占用仍然很高
5. 方法区
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";
String s4 = s1 + s2;
String s5 = "ab";
String s6 = s4.intern();
// 问
System.out.println(s3 == s4);
System.out.println(s3 == s5);
System.out.println(s3 == s6);
String x2 = new String("c") + new String("d");
String x1 = "cd";
x2.intern();
// 问，如果调换了【最后两行代码】的位置呢，如果是jdk1.6呢
System.out.println(x1 == x2);5.5 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
5.6 StringTable 位置
5.7 StringTable 垃圾回收
5.8 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
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
（A）:
（B）:
direct memory 少了一次缓存操作，所以速度更快。
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