JVM入门
jvm基础
什么是jvm
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，到处运行的基石
- 自动内存管理机制，垃圾回收
- 数组下标越界检查
- 多态
内存结构
程序计数器 PC Register
定义
Program Counter Register 程序计数器（寄存器）
- 在程序执行过程中，记录下一次jvm指令的执行地址
- 在代码运行过程中，java代码会被编译成有序的jvm指令，再由解释器解释成程序能够识别的二进制指令
- 在上一条指令执行完成后，程序会从程序计数器中获取下一条指令的地址
- 特点：
- 线程私有
- 不会存在内存溢出的区
虚拟机栈
- 先进后出结构
- 线程运行时需要的内存空间（线程私有）
- 虚拟机栈由多个栈帧组成（每个方法运行时需要的内存-》参数、局部变量、返回地址）
- 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着正在执行的那个方法
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;
}备注：debugger运行，可通过Frames变化查看当前线程对应虚拟机栈的内存变化，入栈操作为main-》method1-》method2，实际的执行顺序为反序
问题：
- 垃圾回收是否涉及栈内存？
不会：栈内存在每次方法执行结束后都会被出栈，释放内存，所以不需要垃圾回收 - 栈内存分配越大越好吗？
栈内存的默认大小都是1024kb（mac，linux…）
在windows环境下的默认大小是根据内存大小进行分配的
在相同内存大小下，如果栈分配的内存大小不一致，栈内存大的程序所能调用的线程数会比栈内存小的程序少 - 方法内的局部变量是否线程安全？
线程安全，方法内的局部变量对每个线程都会分配一份单独的内存空间，每个栈内的内存空间互不影响，如果变量是共享的，会存在线程安全问题。
变量是否线程安全：
- 是否是方法内的局部变量
- 局部变量是否逃离方法的作用范围（参数或返回）
- 如果局部变量引用了对象，并逃离了方法的作用范围，需要考虑线程安全
- 栈内存溢出
- 栈内栈帧过多（方法的递归调用）
- 栈帧过大（一个栈帧大小就超过了栈内存大小）
private static int count;
public static void main(String[] args) {
try {
method3();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println(count);
}
}
private static void method3() throws Exception {
count++;
method3();
}
默认栈内存大小下，递归发生了23522次
修改VM option栈内存大小参数 Xss256k 后:-递归次数变为3558
java.lang.StackOverflowError
- 线程运行诊断
- 案例1：cpu占用过多
定位：
top命令查看当前系统中进程占用资源情况
ps H(线程中的进程数) -eo(显示的字段) pid,tid,%cpu -展示进程中线程的属性展示
jstack 进程id 查看进程中的线程信息
根据进程id找到有问题的线程，进一步定位到问题代码的源代码行数 - 案例2：程序运行很长时间没有结果
jstack 进程id 查看进程中的线程信息
找到线程死锁代码
本地方法栈-Native method stack
给本地方法的运用提供内存空间（java代码存在局限，无法直接和操作系统进行交互，需要通过C等代码编写的native方法 和操作系统形成交互）
堆-Heap
通过new关键字，创建对象都会使用堆内存
- 特点：
- 线程共享，堆中对象都需要考虑线程安全的问题
- 有垃圾回收机制
- 堆内存溢出
堆内的对象都存在引用，且一直存在对象的新增
public static void main(String[] args) {
int i = 0;
try {
List<String> list = new ArrayList<>();
String a = "hello";
while (true) {
list.add(a);
a = a + a;
i++;
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println(i);
}
}
Java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space-Xmx8m：设置堆内存大小
- 堆内存诊断
jps工具
查看当前系统中有那些java进程
60064 RemoteJdbcServer
7424 RemoteMavenServer
10728
1544 Test3
33400 ApiApplication
53148 Launcher
6940 Jps
jmap工具
查看堆内存占用情况：jmap -heap 进程id
- 堆配置
Heap Configuration:
MinHeapFreeRatio = 0
MaxHeapFreeRatio = 100
MaxHeapSize = 4261412864 (4064.0MB)#最大内存配置
NewSize = 88604672 (84.5MB)#新生代内存
MaxNewSize = 1420296192 (1354.5MB)#最大新生代内存
OldSize = 177733632 (169.5MB)#老年代内存
NewRatio = 2
SurvivorRatio = 8
MetaspaceSize = 21807104 (20.796875MB)
CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)
MaxMetaspaceSize = 17592186044415 MB #元空间大小
G1HeapRegionSize = 0 (0.0MB)
- Eden区内存使用情况
Eden Space:
capacity = 66584576 (63.5MB)
used = 1331712 (1.27001953125MB)
free = 65252864 (62.22998046875MB)
2.0000307578740157% used
- jconsole工具
图形界面的，多功能的监测工具，可以连续监测：jconsole - 案例：垃圾回收后，内存依旧占用很高
jvisualvm 可视化工具工具
查看jvm参数等：
方法区
所有java虚拟机进程共享的区域
- 存储类结构相关信息：成员变量、方法数据、成员方法、构造方法、特殊方法
- 运行时常量池
- 在虚拟机启动时被创建
- 逻辑上是堆的存储部分
- 方法区内存溢出
hotspot 在jdk1.8之前在堆空间中划分永久代保存方法区内的数据
1.8以后，永久代被替代为元空间，且使用系统物理内存作为数据存储
一般不会出现内存溢出问题，需要修改相关jvm参数
-XX:MaxMetaspaceSize=8m:修改元空间最大内存为8m
public static void main(String[] args) {
int j = 0;
try {
Test4 test4 = new Test4();
for (int i = 0; i < 10000; i++,j++) {
//ClassWriter作用是生成类的二进制字节码
ClassWriter wa = new ClassWriter(0);
//版本号，public，类名,包名，父类，接口
wa.visit(Opcodes.V1_8,Opcodes.ACC_PUBLIC,"Class"+i,null,"java/lang/Object",null);
//返回byte
byte[] code = wa.toByteArray();
//执行了类的加载
test4.defineClass("Class"+i,code,0,code.length);
}
} finally {
System.out.println(j);
}
}结果：
Error occurred during initialization of VM
MaxMetaspaceSize is too small.
场景：
- spring
- mybatis
运行时常量池
- 静态常量池：.class文件中的常量池，class文件中的常量池不仅仅包含字符串(数字)字面量，还包含类、方法的信息，占用class文件绝大部分空间。这种常量池主要用于存放两大类常量：字面量(Literal)和符号引用量(Symbolic References)，字面量相当于Java语言层面常量的概念，如文本字符串，声明为final的常量值等，符号引用则属于编译原理方面的概念;
- 运行时常量池：则是jvm虚拟机在完成类装载操作后，将class文件中的常量池载入到内存中，并保存在方法区中，我们常说的常量池，就是指方法区中的运行时常量池，除此外，运行期间也可以将新的常量放入池中，如String类的intern()方法，会在常量池查找是否存在一份equal相等的字符串，如果有则返回该字符串的引用，否则自己添加字符串进入常量池。
优点：
- 实现了对象的共享，避免了频繁的创建和销毁对象而影响系统性能
- 节省内存空间，如字符串常量池
- 合并相同字符串只占用一个空间
- 节省运行时间，进行比较时==比equals快，只判断引用是否相等就可以判断实际值是否相等
如:
String s1 = "Hello";
String s2 = "Hello";
String s3 = "Hel" + "lo";
String s4 = "Hel" + new String("lo");
String s5 = new String("Hello");
String s6 = s5.intern();
String s7 = "H";
String s8 = "ello";
String s9 = s7 + s8;
System.out.println(s1 == s2); // true
System.out.println(s1 == s3); // true
System.out.println(s1 == s4); // false
System.out.println(s1 == s9); // false
System.out.println(s4 == s5); // false
System.out.println(s1 == s6); // true
s1 == s2 作为直接赋值，使用的字符串字面量，在编译时会直接加载到class文件的常量池中，内容被合并且指向一致
s1==s3 s3对象为拼接对象，但是作为拼接的两个字符串也是字面量，在编译时会被优化为s1 = “Hello”，等同于s1和s2
s1==s4 s4中存在new的新对象，其地址为堆中地址，与常量池地址不一致，需要在等到运行时才会知道地址
s1==s9 s9为拼接对象，虽然s7,s8中使用的是字符串字面量，但是拼接s9时，s7,s8作为两个变量，地址不可预料，不能在编译时确定，所有不存在优化
s4==s5 两个都是new出来的堆对象，地址不可能一致
s1==s6 s6使用intern()方法在常量池中寻找，如果有直接调用常量池中的地址
特例：static修饰符
public static final String A = "ab"; // 常量A
public static final String B = "cd"; // 常量B
public static void main(String[] args) {
String s = A + B; // 将两个常量用+连接对s进行初始化
String t = "abcd";
if (s == t) {
System.out.println("s等于t，它们是同一个对象");
} else {
System.out.println("s不等于t，它们不是同一个对象");
}
}
结果是一致对象。
原因：static修饰方法在编译时直接定死了AB的值和地址，所以s值也为定值
特例2：静态代码块
public static final String A; // 常量A
public static final String B; // 常量B
static {
A = "ab";
B = "cd";
}
public static void main(String[] args) {
// 将两个常量用+连接对s进行初始化
String s = A + B;
String t = "abcd";
if (s == t) {
System.out.println("s等于t，它们是同一个对象");
} else {
System.out.println("s不等于t，它们不是同一个对象");
}
}
并不是同一个对象
原因：AB为变量，但是没有直接赋值，程序不知道它们何时赋值和赋予什么样的值，那么s值就不能作为一个定时被初始化，只能在运行时创建。
注意：
- 运行时常量池中的常量基本来源于class文件中的常量池
- 程序运行时，除非手动向常量池中添加常量（intern方法），否则jvm不会自动添加常量到常量池中
基本数据类型和其包装类中除了Float和Double外都实现了常量池技术，但是数值类型的常量池不能手动添加常量，程序启 动时常量池中的常量就已经确定了.
如整形常量池中的常量范围：-128-127，（Byte,Short,Integer,Long,Character,Boolean）这五种包装类默认创建了数值【-128，127】之间的相应类型缓存数据，超过此范围后都会创建新的对象到堆中。
- StringTable 串池
- 常量池中的字符串仅是符号，第一次用到时才变为对象
- 利用串池机制，避免重复创建字符串对象
- 字符串变量拼接的原理是StringBuilder(jdk1.8)
- 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
位置：
1.6时，是跟随常量池放在永久代空间中
1.7，1.8后在堆中单独开辟一个空间存放StringTable
原因：
- 永久代的回收效率不高
直接内存-Direct Memory
- 常见于NIO操作，用于数据缓冲区
- 分配回收成本高，但读写性能高
- 不受jvm内存回收管理
- 相较于原始的io操作，原始io在进行文件读写时需要先由操作系统划分内存空间，再由java程序划分内存空间，进行内容的复制，最后交由内核进行内容写入
直接内存同样也是系统开辟内存空间，但是这块内存空间java程序可以直接访问，减少了java自己开辟空间以及进行内容拷贝的时间
- 内存溢出
static int defaultMember = 1024*1024*100;
public static void main(String[] args) {
List<ByteBuffer> list = new ArrayList<>();
int i = 0;
try {
while (true) {
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(defaultMember);
list.add(byteBuffer);
i ++;
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println(i);
}
运行结果：
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory
-XX:+DisableExplicitGC:禁用显示的垃圾回收
System.gc:显示的垃圾回收，FUll GC，导致程序出现较长时间的停滞
