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8a8fcb97
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3月 19, 2019
作者:
S
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Java/可能是把Java内存区域讲的最清楚的一篇文章.md
Java/可能是把Java内存区域讲的最清楚的一篇文章.md
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Java/可能是把Java内存区域讲的最清楚的一篇文章.md
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8a8fcb97
## 写在前面(常见面试题)
## 写在前面(常见面试题)
### 基本问题
### 基本问题:
-
**介绍下 Java 内存区域(运行时数据区)**
-
**介绍下 Java 内存区域(运行时数据区)**
-
**Java 对象的创建过程(五步,建议能默写出来并且要知道每一步虚拟机做了什么)**
-
**Java 对象的创建过程(五步,建议能默写出来并且要知道每一步虚拟机做了什么)**
-
**对象的访问定位的两种方式(句柄和直接指针两种方式)**
-
**对象的访问定位的两种方式(句柄和直接指针两种方式)**
### 拓展问题
:
### 拓展问题
-
**String类和常量池**
-
**String类和常量池**
-
**8种基本类型的包装类和常量池**
-
**8种基本类型的包装类和常量池**
##
1
概述
##
一
概述
对于 Java 程序员来说,在虚拟机自动内存管理机制下,不再需要像C/C++程序开发程序员这样为内一个 new 操作去写对应的 delete/free 操作,不容易出现内存泄漏和内存溢出问题。正是因为 Java 程序员把内存控制权利交给 Java 虚拟机,一旦出现内存泄漏和溢出方面的问题,如果不了解虚拟机是怎样使用内存的,那么排查错误将会是一个非常艰巨的任务。
对于 Java 程序员来说,在虚拟机自动内存管理机制下,不再需要像C/C++程序开发程序员这样为内一个 new 操作去写对应的 delete/free 操作,不容易出现内存泄漏和内存溢出问题。正是因为 Java 程序员把内存控制权利交给 Java 虚拟机,一旦出现内存泄漏和溢出方面的问题,如果不了解虚拟机是怎样使用内存的,那么排查错误将会是一个非常艰巨的任务。
## 2 运行时数据区域
## 二 运行时数据区域
Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它管理的内存划分成若干个不同的数据区域。
Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它管理的内存划分成若干个不同的数据区域。JDK. 1.8 和之前的版本略有不同,下面会介绍到。
![](
https://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/2019-3/JVM运行时数据区域.png
)
**JDK 1.8之前:**
这些组成部分一些是线程私有的,其他的则是线程共享的。
<div
align=
"center"
>
<img
src=
"https://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/2019-3/JVM运行时数据区域.png"
width=
"600px"
/>
</div>
**JDK 1.8 :**
<div
align=
"center"
>
<img
src=
"https://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/2019-3Java运行时数据区域JDK1.8.png"
width=
"600px"
/>
</div>
**线程私有的:**
**线程私有的:**
...
@@ -48,11 +55,11 @@ Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它管理的内存划分成
...
@@ -48,11 +55,11 @@ Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它管理的内存划分成
1.
字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令,从而实现代码的流程控制,如:顺序执行、选择、循环、异常处理。
1.
字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令,从而实现代码的流程控制,如:顺序执行、选择、循环、异常处理。
2.
在多线程的情况下,程序计数器用于记录当前线程执行的位置,从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。
2.
在多线程的情况下,程序计数器用于记录当前线程执行的位置,从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。
**注意:程序计数器是唯一一个不会出现
OutOfMemoryError
的内存区域,它的生命周期随着线程的创建而创建,随着线程的结束而死亡。**
**注意:程序计数器是唯一一个不会出现
OutOfMemoryError
的内存区域,它的生命周期随着线程的创建而创建,随着线程的结束而死亡。**
### 2.2 Java 虚拟机栈
### 2.2 Java 虚拟机栈
**与程序计数器一样,Java虚拟机栈也是线程私有的,它的生命周期和线程相同,描述的是 Java 方法执行的内存模型。**
**与程序计数器一样,Java虚拟机栈也是线程私有的,它的生命周期和线程相同,描述的是 Java 方法执行的内存模型
,每次方法调用的数据都是通过栈传递的
。**
**Java 内存可以粗糙的区分为堆内存(Heap)和栈内存(Stack),其中栈就是现在说的虚拟机栈,或者说是虚拟机栈中局部变量表部分。**
(实际上,Java虚拟机栈是由一个个栈帧组成,而每个栈帧中都拥有:局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息。)
**Java 内存可以粗糙的区分为堆内存(Heap)和栈内存(Stack),其中栈就是现在说的虚拟机栈,或者说是虚拟机栈中局部变量表部分。**
(实际上,Java虚拟机栈是由一个个栈帧组成,而每个栈帧中都拥有:局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息。)
...
@@ -65,6 +72,17 @@ Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它管理的内存划分成
...
@@ -65,6 +72,17 @@ Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它管理的内存划分成
Java 虚拟机栈也是线程私有的,每个线程都有各自的Java虚拟机栈,而且随着线程的创建而创建,随着线程的死亡而死亡。
Java 虚拟机栈也是线程私有的,每个线程都有各自的Java虚拟机栈,而且随着线程的创建而创建,随着线程的死亡而死亡。
**扩展:那么方法/函数如何调用?**
Java 栈可用类比数据结构中栈,Java 栈中保存的主要内容是栈帧,每一次函数调用都会有一个对应的栈帧被压入Java栈,每一个函数调用结束后,都会有一个栈帧被弹出。
Java方法有两种返回方式:
1.
return 语句。
2.
抛出异常。
不管哪种返回方式都会导致栈帧被弹出。
### 2.3 本地方法栈
### 2.3 本地方法栈
和虚拟机栈所发挥的作用非常相似,区别是:
**虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法 (也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。**
在 HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一。
和虚拟机栈所发挥的作用非常相似,区别是:
**虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法 (也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。**
在 HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一。
...
@@ -78,13 +96,11 @@ Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块,Java 堆是所有线程共
...
@@ -78,13 +96,11 @@ Java 虚拟机所管理的内存中最大的一块,Java 堆是所有线程共
Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此也被称作
**GC堆(Garbage Collected Heap)**
.从垃圾回收的角度,由于现在收集器基本都采用分代垃圾收集算法,所以Java堆还可以细分为:新生代和老年代:再细致一点有:Eden空间、From Survivor、To Survivor空间等。
**进一步划分的目的是更好地回收内存,或者更快地分配内存。**
Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此也被称作
**GC堆(Garbage Collected Heap)**
.从垃圾回收的角度,由于现在收集器基本都采用分代垃圾收集算法,所以Java堆还可以细分为:新生代和老年代:再细致一点有:Eden空间、From Survivor、To Survivor空间等。
**进一步划分的目的是更好地回收内存,或者更快地分配内存。**
![](
https://user-gold-cdn.xitu.io/2018/8/25/16570344a29c3433?w=599&h=250&f=png&s=8946
)
<div
align=
"center"
>
<img
src=
"https://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/2019-3堆结构.png"
width=
"400px"
/>
</div>
**在 JDK 1.8中移除整个永久代,取而代之的是一个叫元空间(Metaspace)的区域(永久代使用的是JVM的堆内存空间,而元空间使用的是物理内存,直接受到本机的物理内存限制)。**
上图所示的 eden区、s0区、s1区都属于新生代,tentired 区属于老年代。大部分情况,对象都会首先在 Eden 区域分配,在一次新生代垃圾回收后,如果对象还存活,则会进入 s0 或者 s1,并且对象的年龄还会加 1(Eden区->Survivor 区后对象的初始年龄变为1),当它的年龄增加到一定程度(默认为15岁),就会被晋升到老年代中。对象晋升到老年代的年龄阈值,可以通过参数
`-XX:MaxTenuringThreshold`
来设置。
推荐阅读:
-
《Java8内存模型—永久代(PermGen)和元空间(Metaspace)》:
[
http://www.cnblogs.com/paddix/p/5309550.html
](
http://www.cnblogs.com/paddix/p/5309550.html
)
### 2.5 方法区
### 2.5 方法区
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@@ -92,9 +108,11 @@ Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此也被称作**GC堆(Ga
...
@@ -92,9 +108,11 @@ Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此也被称作**GC堆(Ga
HotSpot 虚拟机中方法区也常被称为
**“永久代”**
,本质上两者并不等价。仅仅是因为 HotSpot 虚拟机设计团队用永久代来实现方法区而已,这样 HotSpot 虚拟机的垃圾收集器就可以像管理 Java 堆一样管理这部分内存了。但是这并不是一个好主意,因为这样更容易遇到内存溢出问题。
HotSpot 虚拟机中方法区也常被称为
**“永久代”**
,本质上两者并不等价。仅仅是因为 HotSpot 虚拟机设计团队用永久代来实现方法区而已,这样 HotSpot 虚拟机的垃圾收集器就可以像管理 Java 堆一样管理这部分内存了。但是这并不是一个好主意,因为这样更容易遇到内存溢出问题。
**相对而言,垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的,但并非数据进入方法区后就“永久存在”了。**
JDK 1.8 的时候,方法区被彻底移除了(JDK1.7就已经开始了),取而代之是元空间,元空间使用的是直接内存。
**相对而言,垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的,但并非数据进入方法区后就“永久存在”了。**
我们可以使用参数:
`-XX:MetaspaceSize `
来指定元数据区的大小。与永久区很大的不同就是,如果不指定大小的话,随着更多类的创建,虚拟机会耗尽所有可用的系统内存。
### 2.6 运行时常量池
### 2.6 运行时常量池
...
@@ -107,23 +125,19 @@ HotSpot 虚拟机中方法区也常被称为 **“永久代”**,本质上两
...
@@ -107,23 +125,19 @@ HotSpot 虚拟机中方法区也常被称为 **“永久代”**,本质上两
![](
http://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/18-9-14/26038433.jpg
)
![](
http://my-blog-to-use.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/18-9-14/26038433.jpg
)
——图片来源:https://blog.csdn.net/wangbiao007/article/details/78545189
——图片来源:https://blog.csdn.net/wangbiao007/article/details/78545189
推荐阅读:《Java 中几种常量池的区分》:
[
https://blog.csdn.net/qq_26222859/article/details/73135660
](
https://blog.csdn.net/qq_26222859/article/details/73135660
)
推荐阅读:
-
《Java 中几种常量池的区分》:
[
https://blog.csdn.net/qq_26222859/article/details/73135660
](
https://blog.csdn.net/qq_26222859/article/details/73135660
)
### 2.7 直接内存
### 2.7 直接内存
直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是虚拟机规范中定义的内存区域,但是这部分内存也被频繁地使用。而且也可能导致 OutOfMemoryError 异常出现。
**直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是虚拟机规范中定义的内存区域,但是这部分内存也被频繁地使用。而且也可能导致 OutOfMemoryError 异常出现。**
JDK1.4
中新加入的
**NIO(New Input/Output) 类**
,引入了一种基于
**通道(Channel)**
与
**缓存区(Buffer)**
的 I/O 方式,它可以直接使用Native
函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在 Java 堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样就能在一些场景中显著提高性能,因为
**避免了在 Java 堆和 Native 堆之间来回复制数据**
。
JDK1.4
中新加入的
**NIO(New Input/Output) 类**
,引入了一种基于
**通道(Channel)**
与
**缓存区(Buffer)**
的 I/O 方式,它可以直接使用 Native
函数库直接分配堆外内存,然后通过一个存储在 Java 堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样就能在一些场景中显著提高性能,因为
**避免了在 Java 堆和 Native 堆之间来回复制数据**
。
本机直接内存的分配不会收到 Java 堆的限制,但是,既然是内存就会受到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。
本机直接内存的分配不会收到 Java 堆的限制,但是,既然是内存就会受到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。
##
3
HotSpot 虚拟机对象探秘
##
三
HotSpot 虚拟机对象探秘
通过上面的介绍我们大概知道了虚拟机的内存情况,下面我们来详细的了解一下 HotSpot 虚拟机在 Java 堆中对象分配、布局和访问的全过程。
通过上面的介绍我们大概知道了虚拟机的内存情况,下面我们来详细的了解一下 HotSpot 虚拟机在 Java 堆中对象分配、布局和访问的全过程。
### 3.1 对象的创建
### 3.1 对象的创建
...
@@ -326,8 +340,7 @@ i4=i5+i6 true
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@@ -326,8 +340,7 @@ i4=i5+i6 true
语句i4 == i5 + i6,因为+这个操作符不适用于Integer对象,首先i5和i6进行自动拆箱操作,进行数值相加,即i4 == 40。然后Integer对象无法与数值进行直接比较,所以i4自动拆箱转为int值40,最终这条语句转为40 == 40进行数值比较。
语句i4 == i5 + i6,因为+这个操作符不适用于Integer对象,首先i5和i6进行自动拆箱操作,进行数值相加,即i4 == 40。然后Integer对象无法与数值进行直接比较,所以i4自动拆箱转为int值40,最终这条语句转为40 == 40进行数值比较。
## 参考
**参考:**
-
《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践(第二版》
-
《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践(第二版》
-
《实战java虚拟机》
-
《实战java虚拟机》
...
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