Java 面试复习_5

2019-5-28
作者：水不要鱼

(注：能力有限，如有说错，请指正！)

• JVM 内存区域划分

Java 规范中将内存大致分为了以下几个区：

1. 程序计数器
2. Java 虚拟机栈
3. 本地方法栈
4. 堆
5. 方法区

其中，程序计数器，Java 虚拟机栈，本地方法栈是属于线程私有的，也就是每个线程会有自己的一份，而
方法区和堆是线程共享的，也就是只会有一份，所有线程都访问这一份。

扩展：JVM 内存每一个区域的作用

1. 程序计数器：线程私有，也就是每个线程内部都会有一份，原因就在于，它记录的是当前字节码执行的指令的地址。
   举个例子，A 线程和 B 线程，当 A 线程在执行字节码第 35 行的时候，时间片用完了，于是系统将运行 B 线程，
   而 A 线程就需要将这个 35 记录下来，只有这样，当系统将时间片分配到 A 线程上，也就是 A 线程又继续恢复
   运行的时候，才知道要从哪一行字节码开始运行。如果线程执行的是 Java 方法，这个计数器记录的就是字节码指令的地址；
   如果线程执行的是本地方法（使用 native 关键字修饰的方法），那这个计数器就是空。

2. Java 虚拟机栈：线程私有，而且生命周期和线程一样，也就是线程存活的时候存活，线程销毁的时候销毁。
   我们可以注意到这是个栈，也就是先进后出的模型，具体入栈的是每一个方法调用的内存模型，说白了就是，每一个
   Java 方法在调用的时候会有属于这个方法的数据，比如局部变量表，操作数栈，方法的出口等，而这些数据就会存在
   这个 Java 虚拟机栈中。举个例子，一个线程调用了 A 方法，这时候会将 A 方法的数据包装成一个栈帧，这个
   栈帧包含了局部变量表（比如方法里面写了 int a = 0;，这个 a 就是局部变量，就会保存在局部变量表中），
   操作数栈还有方法出口等，包装成一个栈帧之后就会将它 push 进 Java 虚拟机栈，如果 A 方法内部调用了 B 方法，也会有同样的
   过程，也就是将 B 方法的数据包装成栈帧，然后 push 进 Java 虚拟机栈，这时候栈顶就是 B 方法的栈帧了。
   当 B 方法执行完了，就会将 B 方法的栈帧从 Java 虚拟机栈中 pop 出来，这时候栈顶又变回 A 方法的栈帧了。
   所以，很明显这个栈帧必须是线程私有的，也就是每一个线程都独占一份的才能正常工作。另外，从上面可以看出，局部变量表中的数据在编译期
   就会确定好，也就是说，调用一个方法的时候要分配多大的局部变量空间是完全确定的。如果这个方法要求的栈空间太大，
   比如超过了虚拟机允许的线程栈大小，就会提示 StackOverflowError 异常，这在递归深度很大的时候就会看见。
   部分虚拟机是允许这个虚拟机栈动态扩展的，如果扩展时内存空间不足，就会提示 OutOfMemoryError 异常。

3. 本地方法栈：线程私有，与 Java 虚拟机栈类似，只不过 Java 虚拟机栈针对的是 Java 方法，而本地方法栈针对的是本地方法，
   也就是使用 native 关键字修饰的方法。除此之外，一些虚拟机上直接把本地方法栈和 Java 虚拟机栈合为一个，比如 HotSpot。。。

4. Java 堆：线程共享，这是 JVM 管理的内存中最大的一块，也是我们使用最多的一块。几乎所有的对象都在这个区域中分配内存，
   为什么说是“几乎”呢？因为随着 JIT 编译器的优化和升级，栈上分配之类的变量逃逸优化会导致这个对象不一定分配在堆上，这些优化手段
   在 Golang 中体现的很明显。另外，由于这个区域比较大，所以也是垃圾收集器管理的最主要区域，而很多垃圾收集器都是使用分代收集算法，
   这就使得 Java 堆被进一步分成了多个区域，比如分为新生代和老年代，再细致的分还可以分成 Eden 区、From Survivor 区和 To Survivor 区。
   当然，如果堆空间不足，就会抛出 OutOfMemoryError 异常。

5. 方法区：线程共享，用于存放虚拟机加载的类信息、常量、静态变量以及编译之后的代码等。但是从 JDK7 之后，字符串常量池已经从这里面移出来了。
   我们应该注意的是，方法区中有一个运行时常量池，专门用于存放类信息中的常量池，具体就是编译期生成的字面量和符号引用。这个区域和堆一样，
   也被列入了垃圾收集的范围，所以，如果内存不足了，就会抛出 OutOfMemoryError 异常。

下面我们来看一个总结的例子：

class Test {
    
    private int a = 0; // 几乎可以说保存在 堆 中，为啥是几乎，上面已经说过了
    private static int b = 0; // 保存在 方法区 中
    private final int c = 0; // 几乎可以说保存在 堆 中，为啥是几乎，上面已经说过了
    private static final int d = 0; // 保存在 方法区 中
    
    // 我们要知道的是，static 会影响变量的存储位置，静态变量就是保存在方法区中，
    // 而 final 不会影响变量的存储位置，上面提到的方法区存放的常量并不是指这个 final 常量
    
    private void test() {
        int e = 0; // 存放在 Java 虚拟机栈 中
    }
}

• JVM 之外的内存 - 直接内存

除了上面所提到的 JVM 管理的内存，在 JDK1.4 之后新加入的 NIO 使用到了堆外的内存。这块内存是使用本地方法分配的，
它避免了数据在本地内存和 JVM 内存之间来回复制，所以性能会更好。但是也会有一个坑，因为这块内存是直接分配的，
而不像 JVM 堆可以使用 -Xmx 设置大小，这就会导致如果你的 -Xmx 设置的太大，也就是堆内存分配的太大，而
你的程序又使用了大量的直接内存，就会导致内存不足。举个例子，一台服务器的内存是 32 GB，你的 JVM 堆使用了
16 GB 内存，而系统和其他应用占了 8 GB 内存，这时候的内存已经被分配走了 24 GB 内存，可用内存就只剩下 8 GB 了。
如果你的程序中还使用到了大量的直接内存，比如做 NIO 的时候，你使用到了 12 GB 内存，很明显，系统内存已经不足，
要么就会开始使用交换空间，要么就会内存不足导致程序崩溃甚至系统崩溃。

今晚就到这里，晚安！