JVM内存结构

类加载:类源代码经编译器编译为二进制字节码,通过类加载器加载到JVM

JVM内存:类存放方法区,实例对象存放堆中,方法调用时用到虚拟机栈、程序计数器、本地方法栈

执行引擎:解释器逐行解释执行方法代码,热点代码由JIT做编译、优化后的执行,GC负责回收堆中不再被引动的对象,当JAVA代码无法实现某些功能,需要使用底层操作系统功能,则需要调用本地(native)方法接口使用操作系统的功能方法

问题:代码是如何被翻译执行?

ANS:java源代码(.java文件)编译为二进制字节码(.class文件),按照JVM规范可知类文件结构(包含魔数、版本、常量池、访问标识与继承信息、成员变量信息、方法信息),可将二进制字节码翻译为JVM指令(这里可借助Oracle的javap工具反编译 class 文件),JVM跨平台的基础便依赖JVM指令,字节码指令最终由解释器逐行解释为机器码交由CPU执行.

1 程序计数器

定义	特点
用来记住下一条jvm指令的执行地址,供解释器循环读取 (物理上使用CPU中寄存器快速读取)	①是线程私有的 ②不会存在内存溢出(规定)

2 虚拟机栈

定义	垃圾回收	内存溢出	程序报错	线程安全	执行参数
栈为方法的内存占用(参数、局部变量、返回地址占用), 虚拟机栈就由多个栈帧组成, 虚拟机栈对应线程,栈帧对应方法,从栈的数据结构来理解, 调用线程内方法会压栈,方法执行完毕会弹栈, 栈顶则为活动栈帧(栈内唯一),对应着当前正在执行的方法	不涉及垃圾回收因为方法结束会弹栈	存在内存溢出,栈帧过大或过多都可能溢出,因此需要合理分配内存	java.lang.StackOverflowError 栈内存溢出 原因分析: ①方法递归调用 ②类之间循环引用	①方法是否用到非局部变量 ②局部变量是否逃离方法作用范围	-Xss1024k 栈内存大小

2.1 线程诊断运行(jstack命令)

案例一:

假设问题为cpu占用过高

定位

①用top定位哪个进程对cpu的占用过高

②ps 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）

​ H 输出进程信息

​ -eo pid,tid,%cpu 过滤出进程号,线程号,cpu占用率

③jstack 进程id

④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

​ 第②步中的tid十进制换为十六进制,对应的就是nid号

案例二:

程序运行很长时间没有结果

定位

通过jstack 可以看到问题为deadlock

3 本地方法栈

java调用本地native方法和操作系统打交道时,为其方法提供的内存

4 堆

定义	垃圾回收	内存溢出	程序报错	线程安全
new 关键字，创建对象都会使用堆内存	有垃圾回收机制	对象创建过多可能OOM	java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space 堆内存溢出	线程共享的，堆中对象都需要考虑线程安全的问题

4.1 堆内存划分(分代GC)

• 对象首先分配在伊甸园区域

• 新生代空间不足时，触发 minor gc，伊甸园和 from 存活的对象使用 copy 复制到 to 中，存活的

• 对象年龄加 1并且交换 from to

• minor gc 会引发 stop the world，暂停其它用户的线程，等垃圾回收结束，用户线程才恢复运行

• 当对象寿命超过阈值时，会晋升至老年代，最大寿命是15（4bit）

• 当老年代空间不足，会先尝试触发 minor gc，如果之后空间仍不足，那么触发 full gc，STW的时间更长

4.2 相关VM参数

含义	参数
堆初始大小	-Xms
堆最大大小	-Xmx 或 -XX:MaxHeapSize=size
新生代大小	-Xmn 或 (-XX:NewSize=size + -XX:MaxNewSize=size )
幸存区比例（动态）	-XX:InitialSurvivorRatio=ratio 和 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy
幸存区比例	-XX:SurvivorRatio=ratio
晋升阈值	-XX:MaxTenuringThreshold=threshold
晋升详情	-XX:+PrintTenuringDistribution
GC详情	-XX:+PrintGCDetails -verbose:gc
FullGC 前 MinorGC	-XX:+ScavengeBeforeFullGC

4.3堆内存诊断工具

命令	作用
jps	查看当前系统中有哪些 java 进程
jmap -heap 进程号	查看堆内存占用情况(堆配置参数+各区域占用情况)
jconsole	图形界面的，多功能的监测工具，可以连续监测
jvirsualvm	可视化虚拟机, 堆转储dump, 可查看对象个数和大小

5 方法区

定义	垃圾回收	内存溢出	程序报错	线程安全	执行参数	工具
存储已被JVM加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等	无	大量的类被加载导致元空间(1.6永久代)内存溢出	java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace 元空间内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 永久代内存溢出	线程共享的	-XX:MaxMetaspaceSize=8m -XX:MaxPermSize=8m	javap -v 类 反编译查看方法区信息

版本	存储位置
1.6 (1.8以前)	占用堆内存,由永久代实现
1.8	提出元空间概念,由本地内存管理,不归JVM内存管理,但是串池StringTable存放堆中

5.1 常量池(constant pool)

参考:常量池和StringTable

6 直接内存

定义	特点	内存溢出
由原来的数据经由系统内存缓冲区(java不可访问)拷贝到JVM内存缓冲区供JVM访问的方式 ,改为,数据直接写入direct memory直接内存缓冲区供JVM读取的方式	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	java.lang.OutOfMemoryError:Direct buffer memory 系统内存不足导致直接内存溢出

6.1 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