JVM是什么
1.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）。
2.优点
- 一次编译，处处执行
- 自动的内存管理，垃圾回收机制
- 数组下标越界检查
3.JVM、JDK、JRE的关系
4.学习路线
- ClassLoader：Java 代码编译成二进制后，会经过类加载器，这样才能加载到 JVM 中运行。
- Method Area：类是放在方法区中。
- Heap：类的实例对象。
当类调用方法时，会用到 JVM Stack、PC Register、本地方法栈。
方法执行时的每行代码是有执行引擎中的解释器逐行执行，方法中的热点代码频繁调用的方法，由 JIT 编译器优化后执行，GC 会对堆中不用的对象进行回收。需要和操作系统打交道就需要使用到本地方法接口。
二、内存结构
Ⅰ.程序计数器
Program Counter Register 程序计数器（寄存器）
作用 记录下一条jvm指令的执行地址行号
特点
- 是线程私有的
- 不会存在内存溢出
2. 作用
0: getstatic #20 // PrintStream out = System.out;
3: astore_1 // --
4: aload_1 // out.println(1);
5: iconst_1 // --
6: invokevirtual #26 // --
9: aload_1 // out.println(2);
10: iconst_2 // --
11: invokevirtual #26 // --
14: aload_1 // out.println(3);
15: iconst_3 // --
16: invokevirtual #26 // --
19: aload_1 // out.println(4);
20: iconst_4 // --
21: invokevirtual #26 // --
24: aload_1 // out.println(5);
25: iconst_5 // --
26: invokevirtual #26 // --
29: return
- 解释器会解释指令为机器码交给 cpu 执行，程序计数器会记录下一条指令的地址行号，这样下一次解释器会从程序计数器拿到指令然后进行解释执行。
- 多线程的环境下，如果两个线程发生了上下文切换，那么程序计数器会记录线程下一行指令的地址行号，以便于接着往下执行。
Ⅱ.虚拟机栈
1.定义
- 每个线程运行需要的内存空间，称为虚拟机栈
- 每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次调用方法时所占用的内存
- 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的方法
2.代码演示
public class Demo1_1 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
method1();
}
private static void method1(){
method2(1,2);
}
private static int method2(int a, int b) {
int c = a + b;
return c;
}
}
演示效果
问题解析
-
垃圾回收是否涉及栈内存？
- 不会，栈内存是方法调用产生的，方法调用结束后会自动弹出栈。
-
栈内存分配越大越好吗？
- 不是。因为物理内存是一定的，栈内存越大，可以支持更多的递归调用，但是可执行的线程数就会越少。例如物理内存500M 一个线程占用1M 可以运行500个线程，如果改为2M，则运行250个线程。
-
方法内的局部变量是否线程安全？
-
如果方法内局部变量没用逃离方法的作用访问，它是线程安全的
public static void m1(){ StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append(1); sb.append(2); sb.append(3); System.out.println(sb.toString()); }- StringBuilder是线程内的一个局部变量，属于每个线程私有的，其他线程不能同时访问
-
如果是局部变量引用了对象，并逃离方法的作用方法，需要考虑线程安全
public static void m2(StringBuilder sb){ sb.append(1); sb.append(2); sb.append(3); System.out.println(sb.toString()); }- StringBuilder对象是作为方法的参数传递进来，有可能有其他的线程能访问到他。需要改成StringBuffer来保证线程安全。
public static StringBuilder m3(){ StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append(1); sb.append(2); sb.append(3); System.out.println(sb.toString()); return sb; }- 虽然SrtingBuilder是方法内的局部变量，但是把它当初返回结果返回了，这就意味着其他线程可能会拿到这个对象的引用。
-
3.栈内存溢出
- 栈帧过多导致内存溢出（递归调用太多）
-
栈帧过大导致内存溢出
栈帧过大、过多、或者第三方类库操作，都有可能造成栈内存溢出 java.lang.stackOverflowError ，使用 -Xss256k 指定栈内存大小
4.线程运行诊断
[案例1]：CPU占用太多
Linux 环境下运行某些程序的时候，可能导致 CPU 的占用过高，这时需要定位占用 CPU 过高的线程
解决方法
- top 命令，查看是哪个进程占用 CPU 过高
- ps H -eo pid, tid（线程id）, %cpu | grep 刚才通过 top 查到的进程号 通过 ps 命令进一步查看是哪个线程占用 CPU 过高
- jstack 进程 id 通过查看进程中的线程的 nid ，刚才通过 ps 命令看到的 tid 来对比定位，注意 jstack 查找出的线程 id 是 16 进制的，需要转换。
[案例2]：程序运行很长时间没有结果
多个线程发生死锁
Ⅲ.本地方法栈
一些带有 native 关键字的方法就是需要 JAVA 去调用本地的C或者C++方法，因为 JAVA 有时候没法直接和操作系统底层交互，所以需要用到本地方法栈，服务于带 native 关键字的方法。
Ⅳ.堆
1.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问题
- 有垃圾回收机制
2.堆内存溢出
java.lang.OutofMemoryError ：java heap space. 堆内存溢出，可以使用 -Xmx8m 来指定堆内存大小。
3.堆内存诊断
- jps工具
- 查看当前系统中有哪些java进程
- jmap工具
- 查看堆内存占用情况 jmap - heap 进程id
- jconsole工具
- 图形界面的，多功能的检测工具，可以连续监测
- jvisualvm 工具
Ⅴ.方法区
1.定义
Java 虚拟机有一个在所有 Java 虚拟机线程之间共享的方法区域。方法区域类似于用于传统语言的编译代码的存储区域，或者类似于操作系统进程中的“文本”段。它存储每个类的结构，例如运行时常量池、字段和方法数据，以及方法和构造函数的代码，包括特殊方法，用于类和实例初始化以及接口初始化方法区域是在虚拟机启动时创建的。尽管方法区域在逻辑上是堆的一部分，但简单的实现可能不会选择垃圾收集或压缩它。此规范不强制指定方法区的位置或用于管理已编译代码的策略。方法区域可以具有固定的大小，或者可以根据计算的需要进行扩展，并且如果不需要更大的方法区域，则可以收缩。方法区域的内存不需要是连续的！
2.组成
Hotspot 虚拟机 jdk1.6 1.7 1.8 内存结构图
3.方法区内存溢出
- 1.8 之前会导致永久代内存溢出
- 使用 -XX:MaxPermSize=8m 指定永久代内存大小
- 1.8 之后会导致元空间内存溢出
- 使用 -XX:MaxMetaspaceSize=8m 指定元空间大小
4.运行时常量池
二进制字节码包含（类的基本信息，常量池，类方法定义，包含了虚拟机的指令）
首先看看常量池是什么，编译如下代码：
public class Hello {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello World!");
}
}
使用javap -v Hello.class 命令反编译查看结果。
每条指令都会对应常量池表中一个地址，常量池表中的地址可能对应着一个类名、方法名、参数类型等信息。
- 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、字面量信息 - 运行时常量池：
常量池是 *.class 文件中的，当该类被加载以后，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
5.StringTable
- 常量池中的字符串仅是符号，只有在被用到时才会转化为对象
- 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
- 字符串常量拼接的原理是编译器优化
- 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中
intern方法 1.8
调用字符串对象的 intern 方法，会将该字符串对象尝试放入到串池中
-
如果串池中没有该字符串对象，则放入成功
-
如果有该字符串对象，则放入失败
无论放入是否成功，都会返回串池中的字符串对象
注意：此时如果调用 intern 方法成功，堆内存与串池中的字符串对象是同一个对象；如果失败，则不是同一个对象
[案例1]
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// "a" "b" 被放入串池中，str 则存在于堆内存之中
String str = new String("a") + new String("b");
// 调用 str 的 intern 方法，这时串池中没有 "ab" ，则会将该字符串对象放入到串池中，此时堆内存与串池中的 "ab" 是同一个对象
String st2 = str.intern();
// 给 str3 赋值，因为此时串池中已有 "ab" ，则直接将串池中的内容返回
String str3 = "ab";
// 因为堆内存与串池中的 "ab" 是同一个对象，所以以下两条语句打印的都为 true
System.out.println(str == st2);
System.out.println(str == str3);
}
}
[案例2]
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 此处创建字符串对象 "ab" ，因为串池中还没有 "ab" ，所以将其放入串池中
String str3 = "ab";
// "a" "b" 被放入串池中，str 则存在于堆内存之中
String str = new String("a") + new String("b");
// 此时因为在创建 str3 时，"ab" 已存在与串池中，所以放入失败，但是会返回串池中的 "ab"
String str2 = str.intern();
// false
System.out.println(str == str2);
// false
System.out.println(str == str3);
// true
System.out.println(str2 == str3);
}
}
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