Java虚拟机jvm

jvm

Java内存区域

运行时数据区域

程序计数器：当前线程执行的字节码的行号指示器。如果线程执行的时Java方法，则计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果执行的是native方法，则为空。每条线程都有一个独立的程序计数器，是存在于线程的私有内存中的
虚拟机栈：描述的是Java方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈桢用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直到执行完成的过程，就对应一个栈桢在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。也是线程私有的。其中的局部变量表所需的内存空间是在编译期就确定的
本地方法栈：native方法服务的栈。也是线程私有的。
堆：存放对象实例。是垃圾收集器管理的主要区域。可细分为新生代、老年代；堆中还可能划分出多个线程私有的分配缓冲区(TLAB)

• 1 字符串常量池：是Java堆内存中的一个特殊存储区域，用于存储字符串字面量。当你创建一个字符串字面量时，JVM会首先检查字符串常量池中是否已存在相同的字符串。如果存在，则不会创建新的字符串对象，而是返回对该字符串的引用。如果不存在，则会在字符串常量池中创建一个新的字符串对象，并返回其引用。
  需要注意的是，字符串常量池仅存储字符串字面量。对于通过new操作符创建的字符串对象，它们不会在字符串常量池中存储，而是存储在Java堆中的普通对象区域。这些对象即使内容相同，也是不同的对象，它们的引用不相等。

String a=“zifuchuan”，后面的“zifuchuan”就叫字符串字面量。

方法区：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据
，又称为永久代(不应该这样叫)

-XX:ReservedCodeCacheSize

• 2 运行时常量池：是方法区的一部分，class文件中有一项信息是常量池，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用；具备动态性，即运行期间才将新的常量放入池中。
• 3 方法区的常量池（又名class文件常量池）：class类文件的一部分，可以看做一张表，它包含了类在编译期生成的各种字面量（literal）和符号引用（symbolic references）。常量池可以看做一张表，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，字面量等类型。例如，类名、方法名、接口名、文本字符串、final修饰的常量等。当类被虚拟机加载到内存后，JVM就会将class常量池中的内容集中存放到一块内存，这块内存就是运行时常量池，并且把里面的符号地址变为真实地址。

在jvm中，对于类加载时的静态常量，字符串常量存储在堆的字符串常量池，非字符串常量存储在方法区的常量池。

直接内存：不是虚拟机运行时数据区的一部分。NIO中，使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为引用进行操作，避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据，提高了性能

java8的改动-元空间meta space
元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制，但可以通过以下参数来指定元空间的大小
-XX:MetaspaceSize设置元空间的初始大小
-XX:MaxMetaspaceSize设置元空间的最大大小

-Xmx和-Xms只是针对堆内存的分配，其他内存区域虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器的大小和分配是由JVM根据运行时情况自动管理的。

直接内存
直接内存，也称为堆外内存，不是JVM运行时数据区的一部分，它通过java的NIO类进行分配和管理。
直接内存大小可以通过-XX:MaxDirectMemorySize设置
使用如下方式，创建直接内存：ByteBuffer directBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(10);
优点：
1.无需垃圾回收：直接内存并不受Java堆的垃圾回收机制管理，不会占用宝贵的堆空间，也不会对垃圾回收器产生额外的压力。
2.零拷贝：在使用直接内存进行I/O操作时，可以通过零拷贝技术将数据直接从直接内存（内核缓冲区）传输到网络或磁盘上，避免了数据复制的开销，提高了性能。
缺点：
1.分配和释放成本较高：由于直接内存需要与操作系统进行交互，所以它的分配和释放成本相对较高，而且需要谨慎管理以避免资源泄漏。

TLAB
Thread Local Allocation Buffer，即线程本地分配缓存区。
TLAB空间的内存非常小，缺省情况下仅占有整个Eden空间的1%，也可以通过选项-XX:TLABWasteTargetPercent设置TLAB空间所占用Eden空间的百分比大小。
TLAB的本质其实是三个指针管理的区域：start，top 和 end，每个线程都会从Eden分配一块空间，例如说100KB，作为自己的TLAB，其中 start 和 end 是占位用的，标识出 eden 里被这个 TLAB 所管理的区域，卡住eden里的一块空间不让其它线程来这里分配。
TLAB只是让每个线程有私有的分配指针，但底下存对象的内存空间还是给所有线程访问的，只是其它线程无法在这个区域分配而已。从这一点看，它被翻译为 线程私有分配区 更为合理一点
当一个TLAB用满（分配指针top撞上分配极限end了），就新申请一个TLAB，而在老TLAB里的对象还留在原地什么都不用管——它们无法感知自己是否是曾经从TLAB分配出来的，而只关心自己是在eden里分配的。
TLAB是为了减少不同线程之间因为对象分配而造成的竞争，提高了多线程环境下对象分配的效率。
TLAB的空间大小不是固定的，而是有JVM根据运行情况计算而得。默认情况下，TLAB的大小很小，仅占有整个Eden空间的1%。具体可以通过参数设置 -XX:TLABSize来设置，但请注意，这个参数在某些JVM版本中可能不可用。
注意，当一个线程申请新的TLAB时，老的TLAB相当于退化成了Eden的一部分，因为TLAB只对对象内存分配这一步有影响，对于后续没有影响。
TLAB的缺点
事务总不是完美的，TLAB也又自己的缺点。因为TLAB通常很小，所以放不下大对象。

• TLAB空间大小是固定的，但是这时候一个大对象，我TLAB剩余的空间已经容不下它了。(比如100kb的TLAB，来了个110KB的对象)
• TLAB空间还剩一点点没有用到，有点舍不得。(比如100kb的TLAB，装了80KB，又来了个30KB的对象)
  所以JVM开发人员做了以下处理，设置了最大浪费空间。
  当剩余的空间小于最大浪费空间，那该TLAB属于的线程在重新向Eden区申请一个TLAB空间。进行对象创建，还是空间不够，那你这个对象太大了，去Eden区直接创建吧！
  当剩余的空间大于最大浪费空间，那这个大对象请你直接去Eden区创建，我TLAB放不下没有使用完的空间。
  当然，又回造成新的病垢。
• Eden空间够的时候，你再次申请TLAB没问题，我不够了，Heap的Eden区要开始GC，
• TLAB允许浪费空间，导致Eden区空间不连续，积少成多。以后还要人帮忙打理
  正是因为有这样的缺点，所以虚拟机主版本并没有使用TLAB，需要设置参数来使用它。

开启TLAB，对象的内存分配流程
1.检查TLAB：检查TLAB中是否有足够内存容纳新对象。如果有，跳转步骤3；否则继续步骤2
2.重新填充TLAB或在Eden区进行常规分配
如果TLAB中的空间不足以容纳新对象，那么虚拟机会进行两种可能的操作之一：一是尝试重新为线程分配一个新的、更大的TLAB；二是如果无法分配新的TLAB或者新的TLAB仍然不足以满足需求，那么线程会退出TLAB模式，直接在堆上进行内存分配
3.在TLAB中分配对象：一旦确定TLAB中有足够空间，线程就会直接在TLAB中分配内存。因为无需与其他线程同步，因此速度非常快
4.初始化对象

new指令对象的创建过程

(1)检查指令的参数能否在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有，则先执行类加载过程
(2)接下来为新生对象分配内存。对象所需内存大小在类加载完后便可完全确定。为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从java堆中划分出来

划分内存有两种方法：指针碰撞和空闲列表。选择哪种方法由java堆是否规整决定，而java堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有空间压缩能力决定。因此使用Serial、ParNew等带压缩整理过程的垃圾收集器时，系统采用指针碰撞法，即简单又高效；当使用CMS这种基于清除算法的收集器时，理论上只能采用较为复杂的空闲列表法。
分配内存这个行为是需要同步的，虚拟机默认采用CAS加上失败重试保证更新的原子操作；另一种方式是通过TLAB来增加效率

(3)将分配到的内存空间都初始化为零值（这个说法是错误的。对于在声明时就进行了初始化的引用类型变量，它们会被初始化为指定的对象实例，而不是 null。在声明时，没有显示设置初始值的，才会被初始化为零值。），保证对象的实例字段不赋初始值就能使用。如果使用TLAB，这项工作将提前至TLAB分配时顺便进行。例如，数值类型的字段会被设置为0，引用类型的对象会被设置为null。

例如，如下两个变量会被直接初始化为真实值：

public class MyClass {
     
    private AnotherClass myObject = new AnotherClass();  
    private int a = 10; 
    public MyClass() {
     
    }  
}

注意，类的静态变量，是在类加载阶段初始化的。

(4)对象头的设置，如对象是哪个类的实例、如果找到类的元数据信息、对象的hashCode、对象的GC分代年龄等。还有是否启用偏向锁等，这些信息存放在对象头中
(5)执行构造方法，如果没有定义构造方法，Java会提供一个默认的构造方法。
(6)返回引用。构造方法执行成功后，虚拟机就会返回这个新创建对象的引用。我们就可以通过这个引用来访问和操作对象了。

new指令大致执行过程

if(对象已经初始化){
   
	l=获取对象长度
	if(配置了TLAB){
   
		在TLAB中分配对象
	}
	if(对象没分配成功){
   
		在Eden区分配对象，通过cas+失败重试
	}
	if(分配到内存了){
   
		为对象初始化零值；
		if(启用了偏向锁){
   
			设置偏向锁到对象头
		}
		设置对象头
	}
}

对象的内存布局

对象在内存中分为3块区域：对象头、实例数据、对齐填充
对象头：包括两部分信息，一部分用于存储对象自身的运行时数据，如hashCode、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等；另一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针。此外，如果对象是一个数组，那么对象头中还必须有一块记录数组长度的数据
实例数据：对象真正存储的有效信息，也就是程序代码中锁定义的各种类型的字段内容
对齐填充：这并不是必然存在的，仅仅起着占位符的作用。任何对象的大小都必须是8字节(byte)的整数倍

对象的访问定位

我们通过reference来操作具体的对象。reference可能在栈的本地变量表，也可能在对象的实例数据里

• 句柄。Java堆中划分出一块内存作为句柄池，reference中存储的是句柄地址，而句柄则是对象实例数据和类元信息的指针
• 直接指针。Hotspot使用第二种，定位对象减小一次开销

StackOverflowError:栈溢出。死循环导致虚拟机栈的栈深度无限增长超过Java虚拟机规定的最大深度时会出现
OutOfmemoryError:内存溢出。
内存泄漏：指内存不再使用但却没有清理

String.intern()

public static