JVM虚拟机（1）- 内存结构

# 一、什么是JVM?

1. 好处

• 一次编译，到处运行
• 自动内存管理，垃圾回收功能
• 数组下标越界检查
• 多态

2. JVM、JRE、JDK的关系图：

逐级包含的关系

3. 常见JVM实现

不同的公司只要遵循虚拟机规范，都可以自己实现

4. 学习路线

• ClassLoader：将编译后的二进制文件加载到JVM中运行
• Method Area：类放在方法区中
• Heap：存放类的实例对象
• JVM Stack、PC Register、本地方法栈：在类调用方法时使用
• 解释器：程序执行时由解释器逐行执行
• JIT即时编译器：方法中的热点代码被频繁调用后执行优化
• GC垃圾回收：GC对堆中不用的对象进行回收
• 本地方法接口：直接调用本地操作系统的方法

二、 内存结构

1. 程序计数器

定义

Program Counter Register 程序计数器（寄存器）

作用

是记录下一条 jvm 指令的执行地址行号

• 解释器转换代码会机器码，将下一行代码的地址存到计数器当中，执行完之后去计数器中拿取下一条数据
• 多线程环境，寄存器会记录下一行指令的地址行号，以便切换回来时可以继续执行

特点

• 线程私有
• 不会存在内存溢出

2. 虚拟机栈

• 每个线程运行时所需要的内存，成为虚拟机栈
• 每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次调用方法时所占用的内存
• 每个线程只能有一个活动栈帧对应着当前正在执行的方法

问题分析

1. 垃圾回收是否涉及栈内存？

不会，栈内存是方法调用产生的，方法调用结束后会弹出栈

2. 栈内存分配越大越好？

不是。物理内存是一定的，栈内存越大，可以支持更多的递归调用，但是可执行的线程数就会越少。因为线程执行时，调用方法需要申请栈帧内存，单个栈帧内存越大，可申请到的栈帧就越少。Xss 1m：用来设置栈内存大小

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区，它是线程安全的
   • 如果局部变量引用了对象，并且逃离了方法的作用区，它是线程不安全的

内存溢出

• 循环递归调用，入栈的栈帧比较多，并且没有收集回收
• 栈帧过大导致内存溢出

线程运行诊断

案例1：cpu占用过多

定位：

• top命令：查看是哪个进程占用资源过高

• ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 进程id：定位具体是哪个线程引起的占用cpu过高

• jstack 进程id （需要将十进程线程号转换成十六进制号）

案例2：程序运行很长时间都没有得到自己想要的结果（线程死锁）

3. 本地方法栈

不是由Java代码实现的方法，是给本地方法执行的时候提供内存空间

4. 堆

Heap堆

• 通过new关键字，创建的对象都会使用堆空间

特点

• 线程共享，堆中的对象都需要考虑线程安全的问题
• 自动控制的垃圾回收机制

堆内存溢出

a = a + a进行字符串拼接，每次拼接都会生成新的字符串对象，而且arrayList集合一直处于引用范围之内，就导致垃圾回收不了

堆内存诊断

• 查看当前系统中有哪些java进程：jps
• 查看堆内存占用情况：jmap -heap pid
• 图形界面，多功能的监测工具，可以连续监测：jconsole
• 可视化的虚拟机：jvisualvm

GC之后内存依旧占用很高

查找出最大的对象

可以发现其中最大的属性值是哪一个，可以发现每一个age属性都有1m多，总共创建了999个对象

5. 方法区

5.1 特点

• 线程共享

• 存储类的结构相关信息

  • 成员方法
  • 构造器方法
  • 运行时常量池

• 虚拟器启动时创建，逻辑上是堆的一部分，根据虚拟机厂商来进行实现（hotspot 1.8以前是永久代，1.8之后是元空间，使用的操作系统的内存，不使用jvm来管理内存了）

• 也会导致内存溢出

5.2 内存溢出

-XX: MaxMetaspaceSize=8m 调整方法区的大小（默认使用的系统内存，很难演示出元空间OOM），我这里只测出了Compressed Class space的异常。

Compressed Class Space OOM 异常，网上搜寻了这么多文档，我自己理解来看，在64位的操作系统中需要开启class对象指针压缩，如果不压缩，有可能导致指针膨胀进而消耗内存，而Compress空间就是用来保存压缩指针后的class对象。而64位操作系统中，其地址总线是64根，所以在计算内存单元的寻址时需要将32位的进行计算成64位的进行操作，因为32位的cpu寻址能力大概为4G，而64位的寻址能力达到了上百万T。所以就需要进行计算。（详细请看我汇编语言中CPU寻址方式）。而且Compressed的空间跟元空间的大小设置应该是一起的，所以就会导致一直是Compressed Class Space OOM。将 Compressed压缩指针选项关掉，就会出MetaSpace OOM的异常了

参考文档：https://cloud.tencent.com/developer/article/1408827
理解不对，请大佬们轻喷。

5.3 使用场景

• Spring
• mybatis：CGlib 动态代理

5.4 运行时常量池

javap -v .class 可以查看类的基本信息。

常量池

就是一张表，虚拟机会根据指令去常量表中找到需要执行的类名，方法名称、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，它的常量信息就会被放入运行时常量池，并把里面的符号地址变为真实地址