java八股---jvm之内存结构

最新推荐文章于 2025-03-02 18:41:43 发布

kunkundashi

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文章标签： jvm java 开发语言

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/kunkundashi/article/details/128767853

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本文介绍了JVM的定义、好处，对比了JVM、JRE、JDK，以HotSpot为例讲解常见JVM。阐述了JVM学习路线，重点剖析内存结构，包括程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区和直接内存的作用、特点、可能出现的问题及诊断方法，还提及了StringTable相关知识。

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1、引言

p1什么是JVM？

定义：

Java Virtual Machine - java 程序的运行环境（java 二进制字节码的运行环境）

好处：

一次编写，到处运行（由jvm屏蔽底层操作系统的差异，二进制字节码--所有平台一致）

自动内存管理，垃圾回收功能

数组下标越界检查（数据覆盖跟报异常哪个严重？当然是覆盖）

多态（虚方法表）

比较：

jvm jre jdk

p3常见的jvm

以hotspot为准

p4学习路线

一个类从java源代码编译为java二进制字节码文件后，必须经过这个类加载器，才能被加载到我们的jvm内存结构中。那么类都是放在方法区，类创建的实例对象是放在堆里面，而堆里面的对象在调用方法时会用到虚拟机栈、程序计数器跟本地方法栈。方法执行时每行代码是由执行引擎中的解释器去逐行执行，其中被频繁调用的代码会由即时编译器进行编译优化，垃圾回收会对堆里面不再引用的对象进行垃圾回收。还有一些java代码不方便实现的功能，我们会调用本地方法接口调用底层操作系统。

学习顺序：

2、内存结构

p5 p6程序计数器作用、特点

Program Counter Register 程序计数器（寄存器）

作用，是记住下一条jvm指令的执行地址

特点

是线程私有的

不会存在内存溢出（java虚拟机规范中唯一一个不会内存溢出的）

p7-16 虚拟机栈

Java Virtual Machine Stacks （Java 虚拟机栈）

每个线程运行时所需要的内存，称为虚拟机栈

每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存（一个栈帧对应一个方法运行所需要的内存）

每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法

问题辨析

垃圾回收是否涉及栈内存？

答：不需要。栈帧内存在每次方法调用完成后都会被弹出栈。

栈内存分配越大越好吗？

栈内存分配空间 -Xss size

答：不是。栈内存分配越大，线程数越小。

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访问，它是线程安全的

如果是局部变量引用了对象，并逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全

局部变量作为返回值被其他线程拿到，存在指令乱序的情况，线程不安全

栈内存溢出

栈帧过多导致栈内存溢出

栈帧过大导致栈内存溢出

jackson的json会出现循环引用导致栈内存溢出（需要加@jsonignore），fastjson没有这种情况

线程运行诊断

案例1： cpu 占用过多

定位

用top定位哪个进程对cpu的占用过高（但是top命令只能定位到进程，定位不到具体是进程中的哪个线程）

ps 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）

jstack 进程id

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

上一张图定位到线程32665，需要转换为16进制0x7f99，再到jstack中输出的信息中找

案例2：程序运行很长时间没有结果

jstack

发现发生了死锁

p17 本地方法栈

调用本地方法时提供的内存空间

p16-p21 堆

前面都是线程私有的

堆是所有对象共享的

定义

Heap 堆

通过 new 关键字，创建对象都会使用堆内存

特点

它是线程共享的，堆中对象都需要考虑线程安全的问题

有垃圾回收机制

堆内存溢出

-Xmx8m

内存诊断

jps 工具

查看当前系统中有哪些 java 进程

jmap 工具（只能某一时刻）

查看堆内存占用情况 jmap - heap 进程id

jconsole 工具

图形界面的，多功能的监测工具，可以连续监测

jamp -heap 18756

案例

垃圾回收后，内存占用仍然很高

p21

jvirsualvm工具（感觉这个挺好用）

p22-p40 方法区

定义

方法区逻辑上是属于堆空间的，但是具体实现上不做限制，看厂商

比如hotspot 1.8以前，方法区的实现叫永久代，就是用的堆内存。而1.8之后变成了元空间，元空间用的是本地内存。

内存溢出

1.8 以前会导致永久代内存溢出

演示永久代内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

-XX:MaxPermSize=8m

1.8 之后会导致元空间内存溢出

由于1.8以后使用的是系统内存，很难演示出内存溢出，所以我们需要进行设置

-XX:MaxMetaspaceSize=8m

演示元空间内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

场景

spring

mybatis

（使用了这种classloader技术，ClassWriter）

常量池，就是一张表，虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名、方法名、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，它的常量池信息就会放入运行时常量池，并把里面的符号地址变为真实地址

类基本信息

常量池

类方法定义：默认生成的无参构造方法、main方法

根据#2、#3、#4到上面的常量池中查找确定这三条执行哪个类的哪个方法。

StringTable（串池）

StringTable[] hashtable结构，不能扩容

常量池中的信息，都会被加载到运行时常量池中，这时a、b、ab都是常量池中的符号，还没有变为java字符串对象。

ldc #2会把a符号变为“a“字符串对象，然后放入我们的串池

……

StringTable["a","b","ab"]

（如果串池中有，直接使用串池中的对象。否则放入串池中）

String s4 = s1 + s2;    //new StringBuilder().append("a").append("b").toString()
    //相当于new String("ab")
    
System.out.println(s3 == s4);    //false  一个在堆中，一个在队中的串池中

String s5 = "a" + "b"
    //直接找到了已经拼接好的ab
    //javac 在编译期间的优化，都是常量，结果已经在编译期间确定为ab
    //而如果是变量，在代码运行期间值可能会发生变化，例如根据用户的输入来改变s1和s2的值

常量池中的字符串仅是符号，第一次用到时才变为对象

利用串池的机制，来避免重复创建字符串对象

字符串变量拼接的原理是 StringBuilder （1.8）

字符串常量拼接的原理是编译期优化

可以使用 intern 方法，主动将串池中还没有的字符串对象放入串池

1.8 将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有则放入串池，会把串池中的对象返回

1.6 将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有会把此对象复制一份，放入串池（放入串池的跟intern的对象是两个对象），会把串池中的对象返回

//jdk1.8
String s = new String("a") + new String("b");
//此时串池["a","b"]
//上面这句代码相当于在堆中new了一个新的a、b对象，并用StringBuilder拼接，相当于new("ab")，但是此时ab对象存在于堆中，还没有放入串池
String s2 = s.intern();  //尝试将这个字符串对象放入串池，如果有则不会放入，如果没有则放入串池，会把串池中的对象返回
System.out.println(s2 == "ab")  //true
System.out.println(s == "ab")  //true

//jdk1.6
String s = new String("a") + new String("b");
String s2 = s.intern();  
String x = "ab";
System.out.println(s2 == x);  //true
System.out.println(s == x);  //false

//jdk1.8
String x = "ab";
String s = new String("a") + new String("b");
String s2 = s.intern();  
System.out.println(s2 == x);  //true
System.out.println(s == x);  //false

面试题

String s1 = "a";
String s2 = "b";
String s3 = "a" + "b";
String s4 = s1 + s2;
String s5 = "ab";
String s6 = s4.intern();
// 问
System.out.println(s3 == s4);   //false
System.out.println(s3 == s5);    //true
System.out.println(s3 == s6);    //true
String x2 = new String("c") + new String("d");
String x1 = "cd";
x2.intern();
// 问，如果调换了【最后两行代码】的位置呢，如果是jdk1.6呢
System.out.println(x1 == x2);    //false

StringTable 位置