内存结构

1. 程序计数器
2. 虚拟机栈
3. 本地方法栈
4. 堆
5. 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

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

问题辨析

1. 垃圾回收是否涉及栈内存？
2. 栈内存分配越大越好吗？
3. 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

2.2 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

2.3 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

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 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

5. 方法区

5.1 定义

JVM规范-方法区定义

5.2 组成

![image-20201213200202443](解密jvm-内存结构.assets/image-20201213200202443.png

5.3 方法区内存溢出

• 1.8 以前会导致永久代内存溢出
• 1.8 之后会导致元空间内存溢出

演示永久代内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space -XX:MaxPermSize= 8 m

场景

• mybatis
• spring

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 s 1 = "a";
 String s 2 = "b";
 String s 3 = "a" + "b";
 String s 4 = s 1 + s 2 ;
 String s 5 = "ab";
 String s 6 = s 4 .intern();
 // 问
 System.out.println(s 3 == s 4 );
 System.out.println(s 3 == s 5 );
 System.out.println(s 3 == s 6 );
 String x 2 = new String("c") + new String("d");
 String x 1 = "cd";
 x 2 .intern();
 // 问，如果调换了【最后两行代码】的位置呢，如果是jdk 1. 6 呢
 System.out.println(x 1 == x 2 );

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

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