JVM内存管理及垃圾回收机制

JVM内存结构分为:方法区(method),栈内存(stack),堆内存(heap),本地方法栈(java中的jni调用)

(1)堆内存(heap)

所有通过new创建的对象的内存都在堆中分配。

操作系统有一个记录空闲内存地址的链表,当系统收到程序的申请时,会遍历该链表,寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点,然后将该结点从空闲结点链表中删除,并将该结点的空间分配给程序,另外,对于大多数系统,会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小,这样代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。但由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小,系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。这时由new分配的内存,一般速度比较慢,而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便。另外,在WINDOWS下,最好的方式是用VirtualAlloc分配内存,它不是在堆,也不是在栈,而是直接在进程的地址空间中保留一块内存,虽然这种方法用起来最不方便,但是速度快,也是最灵活的。堆内存是向高地址扩展的数据结构,是不连续的内存区域。由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的,自然是不连续的,而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见,堆获得的空间比较灵活,也比较大。

(2)栈内存(stack)

在Windows下, 栈是向低地址扩展的数据结构,是一块连续的内存区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的,在WINDOWS下,栈的大小是固定的(是一个编译时就确定的常数),如果申请的空间超过栈的剩余空间时,将提示overflow。因此,能从栈获得的空间较小。只要栈的剩余空间大于所申请空间,系统将为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。 由系统自动分配,速度较快。但程序员是无法控制的。

堆内存与栈内存:

基础数据类型直接在栈空间分配,方法的形式参数,直接在栈空间分配,当方法调用完成后从栈空间回收。

引用数据类型,需要用new来创建,既在栈空间分配一个地址空间,又在堆空间分配对象的类变量 。

方法的引用参数,在栈空间分配一个地址空间,并指向堆空间的对象区,当方法调用完成后从栈空间回收。

局部变量new出来时,在栈空间和堆空间中分配空间,当局部变量生命周期结束后,栈空间立刻被回收,堆空间区域等待GC回收。

方法调用时传入的literal参数,先在栈空间分配,在方法调用完成后从栈空间收回。字符串常量、static在DATA区域分配,this在堆空间分配。

数组既在栈空间分配数组名称,又在堆空间分配数组实际的大小。

(3)本地方法栈(java中的jni调用)

用于支持native方法的执行,存储了每个native方法调用的状态。对于本地方法接口,实现JVM并不要求一定要有它的支持,甚至可以完全没有。Sun公司实现Java本地接口(JNI)是出于可移植性的考虑,当然我们也可以设计出其它的本地接口来代替Sun公司的JNI。但是这些设计与实现是比较复杂的事情,需要确保垃圾回收器不会将那些正在被本地方法调用的对象释放掉。

(4)方法区(method)

它保存方法代码(编译后的java代码)和符号表。存放了要加载的类信息、静态变量、final类型的常量、属性和方法信息。JVM用持久代(Permanet Generation)来存放方法区,可通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来指定最小值和最大值。

 

方法区与java堆一样,是各个线程共享的内存区域,它用于存储已被虚拟机加载的 类信息,常量,静态变量,即时编译器编译后的代码等数据。也称其为永久代。

运行时常量池是方法区的一部分。Class文件除了有类的版本,字段,方法,接口等描述信息外,还有一项信息是常量池,用于存放比那一起生成的各种 字面量 和 符号的引用 ,这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

持久带溢出(OutOfMemoryError: PermGen space)

我们知道Hotspot jvm通过持久带实现了Java虚拟机规范中的方法区,而运行时的常量池就是保存在方法区中的,因此持久带溢出有可能是运行时常量池溢出,也有可能是方法区中保存的class对象没有被及时回收掉或者class信息占用的内存超过了我们配置。当持久带溢出的时候抛出java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space。

我在工作可能在如下几种场景下出现此问题。

 

使用一些应用服务器的热部署的时候,我们就会遇到热部署几次以后发现内存溢出了,这种情况就是因为每次热部署的后,原来的class没有被卸载掉。

如果应用程序本身比较大,涉及的类库比较多,但是我们分配给持久带的内存(通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来设置)比较小的时候也可能出现此种问题。

一些第三方框架,比如spring,hibernate都通过字节码生成技术(比如CGLib)来实现一些增强的功能,这种情况可能需要更大的方法区来存储动态生成的Class文件。

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