JVM內(nèi)存區(qū)域的示例分析

這篇文章主要介紹了JVM內(nèi)存區(qū)域的示例分析，具有一定借鑒價值，感興趣的朋友可以參考下，希望大家閱讀完這篇文章之后大有收獲，下面讓小編帶著大家一起了解一下。

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JVM內(nèi)存區(qū)域

我們在編寫程序時，經(jīng)常會遇到OOM(out of Memory)以及內(nèi)存泄漏等問題。為了避免出現(xiàn)這些問題，我們首先必須對JVM的內(nèi)存劃分有個具體的認識。JVM將內(nèi)存主要劃分為：方法區(qū)、虛擬機棧、本地方法棧、堆、程序計數(shù)器。JVM運行時數(shù)據(jù)區(qū)如下：

程序計數(shù)器

程序計數(shù)器是線程私有的區(qū)域，很好理解嘛~，每個線程當然得有個計數(shù)器記錄當前執(zhí)行到那個指令。占用的內(nèi)存空間小，可以把它看成是當前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。如果線程在執(zhí)行Java方法，這個計數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令地址;如果執(zhí)行的是Native方法，這個計數(shù)器的值為空(Undefined)。此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個在Java虛擬機規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

Java虛擬機棧

與程序計數(shù)器一樣，Java虛擬機棧也是線程私有的。其生命周期與線程相同。如何理解虛擬機棧呢?本質(zhì)上來講，就是個棧。里面存放的元素叫棧幀，棧幀好像很復雜的樣子，其實它很簡單!它里面存放的是一個函數(shù)的上下文，具體存放的是執(zhí)行的函數(shù)的一些數(shù)據(jù)。執(zhí)行的函數(shù)需要的數(shù)據(jù)無非就是局部變量表(保存函數(shù)內(nèi)部的變量)、操作數(shù)棧(執(zhí)行引擎計算時需要)，方法出口等等。

執(zhí)行引擎每調(diào)用一個函數(shù)時，就為這個函數(shù)創(chuàng)建一個棧幀，并加入虛擬機棧。換個角度理解，每個函數(shù)從調(diào)用到執(zhí)行結(jié)束，其實是對應一個棧幀的入棧和出棧。

注意這個區(qū)域可能出現(xiàn)的兩種異常：一種是StackOverflowError，當前線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度時，會拋出這個異常。制造這種異常很簡單：將一個函數(shù)反復遞歸自己，最終會出現(xiàn)棧溢出錯誤(StackOverflowError)。另一種異常是OutOfMemoryError異常，當虛擬機?？梢詣討B(tài)擴展時(當前大部分虛擬機都可以)，如果無法申請足夠多的內(nèi)存就會拋出OutOfMemoryError，如何制作虛擬機棧OOM呢，參考一下代碼：

public void stackLeakByThread(){
while(true){
new Thread(){
public void run(){
while(true){
}
}
}.start()
}
}

這段代碼有風險，可能會導致操作系統(tǒng)假死，請謹慎使用~~~

本地方法棧

本地方法棧與虛擬機棧所發(fā)揮的作用很相似，他們的區(qū)別在于虛擬機棧為執(zhí)行Java代碼方法服務，而本地方法棧是為Native方法服務。與虛擬機棧一樣，本地方法棧也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

Java堆

Java堆可以說是虛擬機中最大一塊內(nèi)存了。它是所有線程所共享的內(nèi)存區(qū)域，幾乎所有的實例對象都是在這塊區(qū)域中存放。當然，睡著JIT編譯器的發(fā)展，所有對象在堆上分配漸漸變得不那么“絕對”了。

Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域。由于現(xiàn)在的收集器基本上采用的都是分代收集算法，所有Java堆可以細分為：新生代和老年代。在細致分就是把新生代分為：Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間。當堆無法再擴展時，會拋出OutOfMemoryError異常。

方法區(qū)

方法區(qū)存放的是類信息、常量、靜態(tài)變量等。方法區(qū)是各個線程共享區(qū)域，很容易理解，我們在寫Java代碼時，每個線程度可以訪問同一個類的靜態(tài)變量對象。由于使用反射機制的原因，虛擬機很難推測那個類信息不再使用，因此這塊區(qū)域的回收很難。另外，對這塊區(qū)域主要是針對常量池回收，值得注意的是JDK1.7已經(jīng)把常量池轉(zhuǎn)移到堆里面了。同樣，當方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時，會拋出OutOfMemoryError。

制造方法區(qū)內(nèi)存溢出，注意，必須在JDK1.6及之前版本才會導致方法區(qū)溢出，原因后面解釋,執(zhí)行之前，可以把虛擬機的參數(shù)-XXpermSize和-XX：MaxPermSize限制方法區(qū)大小。

List list =new ArrayList();
int i =0;
while(true){
list.add(String.valueOf(i).intern());
}

運行后會拋出java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space異常。

解釋一下，String的intern()函數(shù)作用是如果當前的字符串在常量池中不存在，則放入到常量池中。上面的代碼不斷將字符串添加到常量池，最終肯定會導致內(nèi)存不足，拋出方法區(qū)的OOM。

下面解釋一下，為什么必須將上面的代碼在JDK1.6之前運行。我們前面提到，JDK1.7后，把常量池放入到堆空間中，這導致intern()函數(shù)的功能不同，具體怎么個不同法，且看看下面代碼：

String str1 =new StringBuilder("hua").append("chao").toString();
System.out.println(str1.intern()==str1);
String str2=new StringBuilder("ja").append("va").toString();
System.out.println(str2.intern()==str2);

這段代碼在JDK1.6和JDK1.7運行的結(jié)果不同。JDK1.6結(jié)果是：false,false ，JDK1.7結(jié)果是true, false。原因是：JDK1.6中，intern()方法會吧首次遇到的字符串實例復制到常量池中，返回的也是常量池中的字符串的引用，而StringBuilder創(chuàng)建的字符串實例是在堆上面，所以必然不是同一個引用，返回false。在JDK1.7中，intern不再復制實例，常量池中只保存首次出現(xiàn)的實例的引用，因此intern()返回的引用和由StringBuilder創(chuàng)建的字符串實例是同一個。為什么對str2比較返回的是false呢?這是因為，JVM中內(nèi)部在加載類的時候，就已經(jīng)有"java"這個字符串，不符合“首次出現(xiàn)”的原則，因此返回false。

垃圾回收(GC)

JVM的垃圾回收機制中，判斷一個對象是否死亡，并不是根據(jù)是否還有對象對其有引用，而是通過可達性分析。對象之間的引用可以抽象成樹形結(jié)構，通過樹根(GC Roots)作為起點，從這些樹根往下搜索，搜索走過的鏈稱為引用鏈，當一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時，則證明這個對象是不可用的，該對象會被判定為可回收的對象。

那么那些對象可作為GC Roots呢?主要有以下幾種：

1.虛擬機棧(棧幀中的本地變量表)中引用的對象。

2.方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象。

3.方法區(qū)中常量引用的對象

4.本地方法棧中JNI(即一般說的Native方法)引用的對象。

另外，Java還提供了軟引用和弱引用，這兩個引用是可以隨時被虛擬機回收的對象，我們將一些比較占內(nèi)存但是又可能后面用的對象，比如Bitmap對象，可以聲明為軟引用貨弱引用。但是注意一點，每次使用這個對象時候，需要顯示判斷一下是否為null，以免出錯。

三種常見的垃圾收集算法

1.標記-清除算法

首先，通過可達性分析將可回收的對象進行標記，標記后再統(tǒng)一回收所有被標記的對象，標記過程其實就是可達性分析的過程。這種方法有2個不足點：效率問題，標記和清除兩個過程的效率都不高;另一個是空間問題，標記清除之后會產(chǎn)生大量的不連續(xù)的內(nèi)存碎片。

2.復制算法

為了解決效率問題，復制算法是將內(nèi)存分為大小相同的兩塊，每次只使用其中一塊。當這塊內(nèi)存用完了，就將還存活的對象復制到另一塊內(nèi)存上面。然后再把已經(jīng)使用過的內(nèi)存一次清理掉。這使得每次只對半個區(qū)域進行垃圾回收，內(nèi)存分配時也不用考慮內(nèi)存碎片情況。

但是，這代價實在是讓人無法接受，需要犧牲一般的內(nèi)存空間。研究發(fā)現(xiàn)，大部分對象都是“朝生夕死”，所以不需要安裝1:1比例劃分內(nèi)存空間，而是將內(nèi)存分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，每次使用Eden空間和一塊Survivor空間，默認比例為Eden：Survivor=8:1.新生代區(qū)域就是這么劃分，每次實例在Eden和一塊Survivor中分配，回收時，將存活的對象復制到剩下的另一塊Survivor。這樣只有10%的內(nèi)存會被浪費，但是帶來的效率卻很高。當剩下的Survivor內(nèi)存不足時，可以去老年代內(nèi)存進行分配擔保。如何理解分配擔保呢，其實就是，內(nèi)存不足時，去老年代內(nèi)存空間分配，然后等新生代內(nèi)存緩過來了之后，把內(nèi)存歸還給老年代，保持新生代中的Eden：Survivor=8:1.另外，兩個Survivor分別有自己的名稱：From Survivor、To Survivor。二者身份經(jīng)常調(diào)換，即有時這塊內(nèi)存與Eden一起參與分配，有時是另一塊。因為他們之間經(jīng)常相互復制。

3.標記-整理算法

標記整理算法很簡單，就是先標記需要回收的對象，然后把所有存活的對象移動到內(nèi)存的一端。這樣的好處是避免了內(nèi)存碎片。

類加載機制

類從被加載到虛擬機內(nèi)存開始，到卸載出內(nèi)存為止，整個生命周期包括：加載、驗證、準備、解析、初始化、使用和卸載七個階段。

其中加載、驗證、準備、初始化、和卸載這5個階段的順序是確定的。而解析階段不一定：它在某些情況下可以在初始化階段之后再開始，這是為了支持Java的運行時綁定。

關于初始化：JVM規(guī)范明確規(guī)定，有且只有5中情況必須執(zhí)行對類的初始化(加載、驗證、準備自然再此之前要發(fā)生)：

1.遇到new、getstatic、putstatic、invokestatic，如果類沒有初始化，則必須初始化，這幾條指令分別是指：new新對象、讀取靜態(tài)變量、設置靜態(tài)變量，調(diào)用靜態(tài)函數(shù)。

2.使用java.lang.reflect包的方法對類進行反射調(diào)用時，如果類沒初始化，則需要初始化

3.當初始化一個類時，如果發(fā)現(xiàn)父類沒有初始化，則需要先觸發(fā)父類初始化。

4.當虛擬機啟動時，用戶需要制定一個執(zhí)行的主類(包含main函數(shù)的類)，虛擬機會先初始化這個類。

5.但是用JDK1.7啟的動態(tài)語言支持時，如果一個MethodHandle實例最后解析的結(jié)果是REF_getStatic、REF_putStatic、Ref_invokeStatic的方法句柄時，并且這個方法句柄所對應的類沒有進行初始化，則要先觸發(fā)其初始化。

另外要注意的是：通過子類來引用父類的靜態(tài)字段，不會導致子類初始化：

public class SuperClass{
public static int value=123;
static{
System.out.printLn("SuperClass init!");
}
}
public class SubClass extends SuperClass{
static{
System.out.println("SubClass init!");
}
}
public class Test{
public static void main(String[] args){
System.out.println(SubClass.value);
}
}

最后只會打?。篠uperClass init!

對應靜態(tài)變量，只有直接定義這個字段的類才會被初始化，因此通過子類類引用父類中定義的靜態(tài)變量只會觸發(fā)父類初始化而不會觸發(fā)子類初始化。

通過數(shù)組定義來引用類，不會觸發(fā)此類的初始化：

public class Test{
public static void main(String[] args){
SuperClass[] sca=new SuperClass[10];
}
}

常量會在編譯階段存入調(diào)用者的常量池，本質(zhì)上并沒有直接引用到定義常量的類，因此不會觸發(fā)定義常量的類初始化，示例代碼如下：

public class ConstClass{
public static final String HELLO_WORLD="hello world";
static {
System.out.println("ConstClass init!");
}
}
public class Test{
public static void main(String[] args){
System.out.print(ConstClass.HELLO_WORLD);
}
}

上面代碼不會出現(xiàn)ConstClass init!

加載

加載過程主要做以下3件事

1.通過一個類的全限定名稱來獲取此類的二進制流

2.強這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構

3.在內(nèi)存中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象,作為方法區(qū)這個類的各種數(shù)據(jù)訪問入口。

驗證

這個階段主要是為了確保Class文件字節(jié)流中包含信息符合當前虛擬機的要求，并且不會出現(xiàn)危害虛擬機自身的安全。

準備

準備階段是正式為類變量分配內(nèi)存并設置類變量初始值的階段，這些變量所使用的內(nèi)存都在方法區(qū)中分配。首先，這個時候分配內(nèi)存僅僅包括類變量(被static修飾的變量)，而不包括實例變量。實例變量會在對象實例化時隨著對象一起分配在java堆中。其次這里所說的初始值“通常情況下”是數(shù)據(jù)類型的零值，假設一個類變量定義為

public static int value=123;

那變量value在準備階段后的初始值是0，而不是123，因為還沒有執(zhí)行任何Java方法，而把value賦值為123是在程序編譯后，存放在類構造函數(shù)()方法中。

解析

解析階段是把虛擬機中常量池的符號引用替換為直接引用的過程。

初始化

類初始化時類加載的最后一步，前面類加載過程中，除了加載階段用戶可以通過自定義類加載器參與以外，其余動作都是虛擬機主導和控制。到了初始化階段，才是真正執(zhí)行類中定義Java程序代碼。

準備階段中，變量已經(jīng)賦過一次系統(tǒng)要求的初始值，而在初始化階段，根據(jù)程序員通過程序制定的主觀計劃初始化類變量。初始化過程其實是執(zhí)行類構造器()方法的過程。

()方法是由編譯器自動收集類中所有類變量的賦值動作和靜態(tài)語句塊中的語句合并產(chǎn)生的。收集的順序是按照語句在源文件中出現(xiàn)的順序。靜態(tài)語句塊中只能訪問定義在靜態(tài)語句塊之前的變量，定義在它之后的變量可以賦值，但不能訪問。如下所示：

public class Test{
static{
i=0;
System.out.print(i);
}
static int i=1;
}

()方法與類構造函數(shù)(或者說實例構造器())不同，他不需要顯式地調(diào)用父類構造器，虛擬機會保證子類的()方法執(zhí)行之前，父類的()已經(jīng)執(zhí)行完畢。

類加載器

關于自定義類加載器，和雙親委派模型，這里不再提。

感謝你能夠認真閱讀完這篇文章，希望小編分享的“JVM內(nèi)存區(qū)域的示例分析”這篇文章對大家有幫助，同時也希望大家多多支持創(chuàng)新互聯(lián)，關注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道，更多相關知識等著你來學習!

新聞標題：JVM內(nèi)存區(qū)域的示例分析
URL鏈接：http://muchs.cn/article30/jejgpo.html

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