黑马JVM学习笔记二

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title: 黑马JVM学习笔记二
date: 2020-01-13 1:00:00
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内存结构

内存结构总览图：

程序计数器

1.定义：Program Counter Register 程序计数器 (寄存器)

程序计数器是Java对物理硬件的一些屏蔽和抽象，物理上通过寄存器来实现，寄存器是整个cpu里读取最快的一个单元。

2.作用：记住下一条jvm指令的执行地址

3.特点

• 线程是私有的，多线程之间分别有各自的程序计数器记录对应线程的执行位置
• 程序计数器是Java虚拟机规范中唯一一个不会存在内存溢出的区(堆和栈等会出现内存溢出现象)

虚拟机栈（Java Virtural Machine Stacks）

栈、栈帧以及代码演示

1.栈是一种数据结构，特点是先进后出。
2.虚拟机栈就是线程运行时需要的内存空间。一个线程需要一个对应的栈，多个线程就需要多个虚拟机栈。
3.一个栈又是由多个栈帧组成，一个栈帧就对应着Java中一个方法的调用，即栈帧就是每个方法运行时需要的内存。每个方法运行时需要的内存一般有参数，局部变量，返回地址，这些都需要占用内存，所以每个方法执行时，都要预先把这些内存分配好。
4.每个线程只能由一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法。(位于栈顶)

栈问题辨析

1.垃圾回收是否涉及栈内存

不涉及，垃圾回收只是回收堆内存中的无用对象，占内存不需要对它执行垃圾回收，随着方法的调用结束，栈内存就释放了。

2.栈内存分配越大越好么？

• 首先栈内存可以指定：-Xss size(如果不指定栈内存大小，不同系统会有一个不同的默认值)
• 其次由于电脑内存一定，假如有100Mb,如果给栈内存指定为2Mb,则最多只能存在50个线程，所以并不是越大越好，栈内存较大一般是可以进行较多次的方法递归调用，而不会增强线程效率，反而会使线程数量减少，一般使用默认大小。

3.方法内的局部变量是否线程安全

• 看一个变量是否线程安全，首先就是看这个变量对多个线程是共享的还是私有的，共享的变量需要考虑线程安全。
• 其次局部变量也不能保证是线程安全的，需要看此变量是否逃离了方法的作用范围(作为参数和返回值逃出方法作用范围时需要考虑线程安全问题)
  

栈内存溢出(StackOverflowError)

什么情况下会导致栈内存溢出呐？
1.栈帧过多导致栈内存溢出(一般递归调用次数太多，进栈太多导致溢出)
2.栈帧过大导致栈内存溢出(不太容易出现)

栈内存溢出代码演示1(自己开发代码)：

idea中设置栈内存大小：

栈内存溢出代码演示2(第三方依赖库出现)：

本案例可以使用JsonIgnore注解解决循环依赖，数据转换时，只让部门类去关联员工类，员工类不再关联部门类，在员工类的部门属性(dept)上加@JsonIgnore注解。具体使用详情可以点击此处查看

线程运行诊断

案例1:cpu占用过多(linux系统为例)

排查步骤：

1.在linux中使用top命令，去查看后台进程对cpu的占用情况

2.查看线程对cpu的占用情况：ps H -eo pid,tid,%cpu
如果显示过多，可使用ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 进程id,过滤掉不想看的部分进程

3.定位到是哪个线程占用内存过高后，再使用Jdk提供的命令(jstack+进程id)去查看进程中各线程的运行信息，需要把第二步中查到的线程id(十进制)转为十六进制，然后进行比较查询到位置后判断异常信息。

案例2:线程诊断_迟迟得不到结果

• 仍然通过jdk提供的 jstack+进程id的方式，去查看进程中各个线程的运行信息
  
  

本地方法栈

含义：Java虚拟机调用本地方法时，需要给本地方法提供的一些内存空间

堆(heap)

定义

• 虚拟机栈，程序计数器，本地方法栈，这些都是线程私有的，而堆和方法区，是线程公用的一块内存区域。
• 通过new关键字创建的对象都会使用堆内存
• 由于堆是线程共享的，堆内的对象都要考虑线程安全问题(也有一些例外)
• 堆有垃圾回收机制，不再被引用的对象会被回收

堆内存溢出(OutOfMemoryError:Java heap space)

对象一直存在于堆中未被回收，且占用内存越来越大，最终导致堆内存溢出

堆内存诊断

1.jps工具：jps,查看当前进程中有哪些Java进程，并将进程id显示出来(idea中通过terminal命令行输入命令)

2.jmap工具：jmap -heap 进程id 查询某一个时刻堆内存的占用情况

3.jconsole工具

• 图形界面的，多功能监测工具，可连续监测，使用流程图如下(1-2-3)：
  
  4.jvisualvm工具
• 也是以中图形界面化的工具，并且可以看到堆内存中具体对象占用内存情况，使用堆dump，类似于一种快照，分析某一时刻的内存情况。
  

方法区

定义

• 方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，他用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态常量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是他却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。
• 对于习惯在HotSpot虚拟机上开发、部署程序的开发者来说，很多都更愿意把方法取称为“永久代”（Permanent Generation），本质上两者并不等价，仅仅是因为HotSpot虚拟机的设计团队选择把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已，这样HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一样管理这部分内存，能够省去专门为方法区编写内存管理代码的工作。对于其他虚拟机（如BEA JRockit、IBM J9等）来说是不存在永久代的概念的。原则上，如何实现方法区属于虚拟机实现细节，不受虚拟机规范约束，但使用永久代来实现方法区，现在看来并不是一个好主意，因为这样更容易遇到内存溢出问题（永久代有-XX:MaxPermSize的上限，J9和JRockit只要没有触碰到进程可用内存的上限，例如32位系统中的4GB，就不会出现问题），而且有极少数方法（例如String.intern()）会因这个原因导致不同虚拟机下有不同的表现。因此，对于HotSpot虚拟机，根据官方发布的路线图信息，现在也已放弃永久代并逐步改为采用Navtive Memory来实现方法区的规划，在JDK1.7的HostSpot中，已经把原本放在永久代的字符串常量池移出,jdk1.8中后称作元空间，用的操作系统内存。
• Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以喧嚣而固定大小或者可扩展外，还可以选择不实现垃圾收集。相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载，一般来说，这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻，但是这部分区域的回收确实是必要的。在Sun公司的BUG列表中，曾出现过的若干个严重的BUG就是由于低版本的HotSpot虚拟机对此区域未完全回收而导致内存泄漏。
• 根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

英文原文关于虚拟机的定义：

组成

jdk1.8之前,方法区是用的堆内存，1.8之后，方法区用的操作系统内存。
这块不是太清晰，可以参考下此篇博客 点击查看

常量池分为静态常量池和动态常量池，下图中的常量池指的是动态常量池，因为它们已经被读入内存中去，而静态常量池存在于class文件中

方法区内存溢出

通过自定义类加载器，不断的去加载类，读取到方法区，演示方法区内存溢出

jdk1.8和1.8之前报错内容区别如下

常量池

常量池分类

常量池大体可以分为：静态常量池，运行时常量池。

• 静态常量池 存在于class文件中，比如经常使用的javap -verbose中
• 运行时常量池呢，就是在class文件被加载进了内存之后，常量池保存在了方法区中，通常说的常量池 值的是运行时常量池。所以呢，讨论的都是运行时常量池

针对常量池案例演示时补充内容：编译和反编译

点击查看 Java文件编译与反编译

StringTable(字符串常量池)

1.先看几道面试题：

这一部分是有点懵逼，看这篇博客啦点击查看

6.直接内存

直接内存是操作系统的内存，并不属于Java虚拟机

特点