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由浅到深java JVM虚拟机--面试总结系列

2020-06-08 04:26 357 查看

**java虚拟机

一、什么是java虚拟机

java虚拟机是执行字节码文件(.class)的虚拟机进程。
java源程序(.java)被编译器编译成字节码文件(.class)。然后字节码文件,将由java虚拟机,解释成机器码(不同平台的机器码不同)。利用机器码操作硬件和操作系统

因为不同的平台装有不同的JVM,它们能够将相同的.class文件,解释成不同平台所需要的机器码。正是因为有JVM的存在,java被称为平台无关的编程语言

二、java虚拟机的内存模型

1、java1.8之前,与java1.8之后的内存对比



可以看到,jdk1.7相较jdk1.8多了一个方法区(一般这么说,其实是永久代),而jdk1.8则多了一个元空间。

**这里先来介绍一下内存模型中,各模块的功能

1.程序计数器

负责记录正在执行的虚拟机字节码地址,即记录程序执行的位置,比如在调用某一方法结束后,程序需要回到之前方法执行的位置继续执行,此时,程序计数器则能够保证程序有序执行下去。如果是native方法,则计数器值为空。线程私有区。

2.java虚拟机栈

生命周期与线程相同。描述java方法执行的内存模型,每个方法执行时都会创建一个帧栈,用于存储局部变量表,操作数栈,动态链接,方法出口等信息。局部变量表存放了java的基本数据类型,对象引用等信息。线程私有区。
这里的栈需要详细了解一下,其结构如下图:

在程序实际运行的过程中,线程栈会被单独创建进每一个线程中,而线程栈是由多个栈帧组成。每一个栈帧都是线程中的一个方法内存区,可以理解为,栈帧存放的是该线程中各个方法的基本信息。

每一个栈帧又包含:局部变量表(存放局部变量)、操作数栈(用于实现该方法中的计算)、动态链接(之后详解)以及方法出口(记录方法执行的位置)。

注:

很多人说:基本数据和对象引用存储在栈中。

当然这种说法虽然是正确的,但是很不严谨,只能说这种说法针对的是局部变量。

局部变量存储在局部变量表中,随着线程而生,线程而灭。并且线程间数据不共享。

但是,如果是成员变量,或者定义在方法外对象的引用,它们存储在堆中。

因为在堆中,是线程共享数据的,并且栈帧里的命名就已经清楚的划分了界限 : 局部变量表!

3.本地方法栈

与虚拟栈大致相同,主要为native方法服务

4.堆

堆是jvm内存管理的最大的一块区域,此内存区域的唯一目的就是存放对象的实例,所有对象实例与数组都要在堆上分配内存。它也是垃圾收集器的主要管理区域。java对可以处于物理上不连续的空间,只要逻辑上是连续的即可,虚拟机内存优化主要也是此区域,其内存优化部分之后会详细分析。线程共享的区域

5.方法区

用于存储已被虚拟机加载的类信息,常量,即时编译后的代码等。jvm规范把它描述为堆的一个逻辑部分。jdk8之前,大多数人习惯称之为永久代,因为hotspot团队把GC分代扩展至方法区。但是在jdk1.8已经彻底的剔除了永久代的概念,并用元空间来代替它。元空间不属于jvm内存的一部分,它直接存在于本机内存中。而将常量池移到堆中

**回到这张图

需要说明的有以下两点

1、方法区与永久代的区别

方法区只是JVM规范定义,而永久代为具体的实现,元空间也是方法区在jdk1.8中的一种实现。

2、永久代和元空间的区别
永久代:在运行时数据区域开辟空间实现方法区
元空间:在本地内存区域开辟空间实现方法区

元数据空间并不在虚拟机中,而是使用本地内存。 这也是元空间与永久代之间最大的区别所在。

**永久代和元空间

1、永久代(PermGen)
绝大部分 Java 程序员应该都见过 "java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space "这个异常。这里的 “PermGen space”其实指的就是方法区。不过方法区和“PermGen space”又有着本质的区别。前者是 JVM 的规范,而后者则是 JVM 规范的一种实现,并且只有 HotSpot 才有 “PermGen space”,而对于其他类型的虚拟机,如 JRockit(Oracle)、J9(IBM) 并没有“PermGen space”。由于方法区主要存储类的相关信息,所以对于动态生成类的情况比较容易出现永久代的内存溢出。最典型的场景就是,在 jsp 页面比较多的情况,容易出现永久代内存溢出。

2、元空间(Metaspace)

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,初始空间大小,达到该值就会触发垃圾收集进行类型卸载,同时GC会对该值进行调整:如果释放了大量的空间,就适当降低该值;如果释放了很少的空间,那么在不超过MaxMetaspaceSize时,适当提高该值。
  -XX:MaxMetaspaceSize,最大空间,默认是没有限制的。

除了上面两个指定大小的选项以外,还有两个与 GC 相关的属性:
  -XX:MinMetaspaceFreeRatio,在GC之后,最小的Metaspace剩余空间容量的百分比,减少为分配空间所导致的垃圾收集
  -XX:MaxMetaspaceFreeRatio,在GC之后,最大的Metaspace剩余空间容量的百分比,减少为释放空间所导致的垃圾收集

总结

通过上面分析,大家应该大致了解了 JVM 的内存划分。不过大家应该都有一个疑问,就是为什么要做这个转换?所以,最后给大家总结以下几点原因:

1、字符串存在永久代中,容易出现性能问题和内存溢出。

2、类及方法的信息等比较难确定其大小,因此对于永久代的大小指定比较困难,太小容易出现永久代溢出,太大则容易导致老年代溢出。

3、永久代会为 GC 带来不必要的复杂度,并且回收效率偏低。

4、Oracle 可能会将HotSpot 与 JRockit 合二为一。

关于JVM调优,我们可以简单的理解为,JVM中的堆区中存放的是实际的对象,是需要被GC的。其他的都无需GC。因此,所谓的调优,主要是针对堆内存的操作,其内存的使用情况以及内存优化原理,将在我的下一篇博客中详解。

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