最简单的JVM内存结构图

JVM内存结构图

大家好,好几天没有更新了,今天的内容有点多,我们详细介绍下JVM内部结构图,还是和之前一样,案例先行,方便大家理解记忆。

/**
 * @author :jiaolian
 * @date :Created in 2021-03-10 21:28
 * @description:helloworld测试jvm内存区域
 * @modified By:
 * 公众号:叫练
 */
public class HelloWorldTest {

    public static void main(String[] args) {
        //新建HelloWorldTest对象;
        HelloWorldTest helloWorldTest = new HelloWorldTest();
        //新建2个线程调用sayHello
        for (int i=0; i<2; i++) {
            new Thread(()->helloWorldTest.sayHello("world")).start();
        }
    }

    /**
     * 对某人说hello
     * @param who
     */
    public void sayHello(String who) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"hello!"+who);
    }
} 

 

如上代码:在主线程中for循环新建2个线程调用sayHello,最后两个线程分别对世界问好!这段代码比较好理解,就不贴输出结果了。我们编写并运行了这段代码,我们主要看看这段代码在JVM中是怎么运作的。

首先,我们编写一个HelloWorldTest.Java文件,经过javac编译会转化成字节码HelloWorldTest.class,为什么要转化成字节码呢?因为Java虚拟机能识别!最后由类加载子系统ClassLoader将字节码装载到内存。每块内存各有自己的作用,最后由执行引擎来执行字节码。下面我们重点介绍下各块内存发挥的作用!

 

方法区

方法区主要装一些静态信息,比如:类元数据,常量池,方法信息,类变量等。如上代码HelloWorldTest.class是类元数据,sayHello,main都是方法信息等都是放在方法区存储的。方法区中还需要注意两点:

  1. 如果方法区太大,超过设置,会报OutOfMemoryError:PermGen space错误。gclib工具可以动态生成类测试该错误。
  2. 在JDK1.7以前,方法区叫永久代,而1.8之后叫元空间。原因是JDK1.8为了释放管理压力,把运行时常量池交给堆去管理。

 

堆中主要存放实例对象。你可以这么理解,只要看到用关键字new的对象,数据都放在堆中。如上代码HelloWorldTest helloWorldTest = new HelloWorldTest();helloWorldTest是HelloWorldTest对象的引用,指向new出来的HelloWorldTest对象实例,helloWorldTest引用是放在栈中的,也叫局部变量方法内申明的对象类型或普通类型),我们简单画图来表示下堆,栈,方法区关系。当JVM执行了HelloWorldTest helloWorldTest = new HelloWorldTest();这句话,JVM内存结构看起来是这样的。如果指向对象引用消失,对象会被GC回收。

在堆内存中,内存需要划分成两块区域,新生代老年代。如下图所示。

  1. 新生代:在堆内存中,新生代又分为三块,eden(伊甸园创建新生命,对应new对象),from,to,这三块内存区域都属于新生代,默认比例是8:1:1,每次new对象都会先存储到eden中,如果eden区域内存满了,会触发monitor gc回收该区域,还未回收的对象会放入from或者to,from,to内存其中一块是空的,方便对象在内存中整理标记,每GC一次,from,to两块空间对象每移动一次,还未回收的对象年纪也会增加1,到达一定年纪(默认是15岁),就会进入老年代了。
  2. 老年代:当老年代满了,会触发Full GC回收,如果系统太大,Full GC都回收不了,程序会出现类似java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space,我们可以通过配置JVM参数:如-Xmx32m 设置最大堆内存为32M。

对堆分块原因是方便JVM自动处理垃圾回收堆内存是GC回收的主要区域

 

 

栈内存空间相对于堆空间比较小,也属于线程私有,栈中主要是一堆栈帧,是先进后出的,理解起来栈帧对应就是一个方法,方法中包含局部变量,方法参数,还有方法出口,访问常量指针,和异常信息表,其中异常信息表和常量指针信息我们在方法体中可能看不出来,但通过工具Jclasslib工具类在反编译class文件可以体现出来,异常信息表可以处理当程序执行报错,会跳转到具体哪行代码执行,JVM中就是通过异常表反馈的。我们还是结合例子和图来详细分析下。当程序运行时,JVM中栈可能如下图呈现状态。

    

一个线程可能对应多个栈帧,栈帧都是从上往下压入,先进后出,如下图所示,在方法A中调用方法B,在方法B中调用C,在方法C中调用方法D,主线程对应栈帧的压栈情况,出栈顺序是D->C->B->A,最终程序结束。另外还需注意:操作数栈的意思是存储局部变量计算的中间结果,比如在方法A中定义int x = 1;在JVM中会将局部变量入操作数栈用来之后的计算。栈也是有空间大小的,如果栈太大,超过栈深度,会类似报错,java.lang.OutOfMemoryError: Java stack space,最常见的例子就是递归了。你会写demo测试递归例子吗?

 

 

程序计数器

程序计数器也是线程独享的,多线程执行程序依赖于CPU分配时间片执行,画个简单的图,看看多线程怎么利用CPU时间片的。如下图,线程0和线程1分配cpu时间片交替执行程序,假设此时线程0先获取到了时间片,时间片用完后CPU会将时间片再分配给线程1,线程1执行完毕后,此时,时间片又回到线程0来执行,那么问题来了,线程0上次执行到哪儿了呢?具体是代码的多少行了呢,该行代码有没有执行完毕?此时程序计数器就发挥作用了,程序计数器保存了线程的执行现场,方便下次恢复运行。这也是为什么程序计数器是线程独享的原因。

 

 

本地方法栈

本地方法栈就不过多介绍了,和栈结构一样,是一块独立的区域,只是对应的是native方法。

 

直接内存

直接内存独立于JVM内存之外的内存,可以直接和NIO接口交互,NIO接口会频繁操作内存,如果放在JVM管理,无疑会增加JVM开销,所以单独将这块提出来,而且直接内存操作数据相比较JVM更快,显而易见提升了程序性能。

 

 

内存分配性能优化-逃逸分析

我们之前说过,只要是看到关键字new,对象分配肯定在堆上,下面我们来看一个案例。

/**
 * @author :jiaolian
 * @date :Created in 2021-03-10 16:10
 * @description:逃逸分析测试
 * @modified By:
 * 公众号:叫练
 */
public class EscapeTest {

    //private static Object object;
    public static void alloc() {
        //一个对象相当于16k大小,非逃逸对象
        //object = new Object();
        Object object = new Object();
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //亿次内存
        long begin=System.currentTimeMillis();
        for (int i=0; i<10000000; i++) {
            alloc();
        }
        long end=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("time:"+(end-begin));
    }
}

 

如上代码,我们在主函数里面通过for循环1亿次来new Object,一个object为16k,大致估算下有GB数据了,此时我们手动配置JVM参数,-XX:+PrintGC -Xmx10M -XX:+DoEscapeAnalysis;设置打印GC信息,默认最大的堆内存是10M。

  1. -XX:+PrintGC。表示控制台打印GC信息。
  2. -Xmx10M。设置最大的堆内存为10M。
  3. -XX:+DoEscapeAnalysis。 开启逃逸分析(默认开启)。

执行程序,打印结果如下图所示。一共进行了3次GC,你可能有疑问10M堆内存需要容纳GB数据冲击,怎么也需要N次GC,为什么只有3次GC?如果设置-XX:DoEscapeAnalysis关闭逃逸分析,GC可能会出现上千次。运行时间也从3毫秒增至1000毫秒以上。说明了非逃逸对象没有新建的堆上,而是建在栈上了。这样做的好处:从程序GC执行次数和执行时间上来看,程序运行效率提高了。

  • 原因分析:

观察我们上述案例代码中alloc()方法,方法中Object object = new Object();object是一个局部变量,每次新建后到下一次循环再新建,上一次新建的对象就会出栈,object引用指向的对象就会失效,失效的对象就会被GC回收了。开启逃逸分析后,new Object()创建的对象就不在堆上分配空间了,而放到了栈上。这就是JVM通过逃逸分析对内存的优化。思考下,如果将private static Object object;注释放开,object还会是非逃逸对象吗?

注意:逃逸对象不能在栈上分配空间!

相信到这里你已经对逃逸分析应该有一个比较清晰的认识了。

 

总结

好了,写的有点累了,写的不全同时还有许多需要修正的地方,希望亲们加以指正和点评,喜欢的请点赞加关注哦。点关注,不迷路,我是【叫练公众号,微信号【jiaolian123abc】边叫边练。

给TA买糖
共{{data.count}}人
人已赞赏
经验教程

源码解析之 Mybatis 对 Integer 参数做了什么手脚?

2021-3-11 20:49:00

经验教程

C# 应用 - 多线程 7) 处理同步数据之 Synchronized code regions (同步代码区域): Monitor 和 lock

2021-3-11 21:43:00

⚠️
免责声明:根据《计算机软件保护条例》第十七条规定“为了学习和研究软件内含的设计思想和原理,通过安装、显示、传输或者存储软件等方式使用软件的,可以不经软件著作权人许可,不向其支付报酬。”您需知晓本站所有内容资源均来源于网络,仅供用户交流学习与研究使用,版权归属原版权方所有,版权争议与本站无关,用户本人下载后不能用作商业或非法用途,需在24个小时之内从您的电脑中彻底删除上述内容,否则后果均由用户承担责任;如果您访问和下载此文件,表示您同意只将此文件用于参考、学习而非其他用途,否则一切后果请您自行承担,如果您喜欢该程序,请支持正版软件,购买注册,得到更好的正版服务。 本站为个人博客非盈利性站点,所有软件信息均来自网络,所有资源仅供学习参考研究目的,并不贩卖软件,不存在任何商业目的及用途,网站会员捐赠是您喜欢本站而产生的赞助支持行为,仅为维持服务器的开支与维护,全凭自愿无任何强求。本站部份代码及教程来源于互联网,仅供网友学习交流,若您喜欢本文可附上原文链接随意转载。
无意侵害您的权益,请发送邮件至 momeis6@qq.com 或点击右侧 私信:momeis 反馈,我们将尽快处理。
0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧
个人中心
今日签到
有新私信 私信列表
搜索