java內(nèi)村分析(絕對(duì)經(jīng)典)

1、淺析JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)和6大區(qū)域內(nèi)存作為系統(tǒng)中重要的資源，對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和高效運(yùn)行起到了關(guān)鍵的作用，Java和C之類(lèi)的語(yǔ)言不同，不需要開(kāi)發(fā)人員來(lái)分配內(nèi)存和回收內(nèi)存，而是由JVM來(lái)管理對(duì)象內(nèi)存的分配以及對(duì)象內(nèi)存的回收（又稱(chēng)為垃圾回收、GC），這對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)確實(shí)大大降低了編寫(xiě)程序的難度，但帶來(lái)的一個(gè)副作用就是，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)JVM拋出的內(nèi)存異常（例如OutOfMemoryError）的時(shí)候，很難知道原因是什么，另外一方面，要編寫(xiě)高性能的程序，通常需要借助內(nèi)存來(lái)提升性能，因此如何才能合理的使用內(nèi)存以及讓JVM合理的進(jìn)行內(nèi)存的回收是必須掌握的，本文將主其實(shí)對(duì)于我們一般理解的計(jì)算機(jī)內(nèi)存，它算是C

2、PU與計(jì)算機(jī)打交道最頻繁的區(qū)域，所有數(shù)據(jù)都是先經(jīng)過(guò)硬盤(pán)至內(nèi)存，然后由CPU再?gòu)膬?nèi)存中獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，又將數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存，通過(guò)分頁(yè)或分片技術(shù)將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)再flush至硬盤(pán)。那JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)到底是如何呢？JVM做為一個(gè)運(yùn)行在操作系統(tǒng)上，但又獨(dú)立于os運(yùn)行的平臺(tái)，它的內(nèi)存至少應(yīng)該包括象寄存器、堆棧等區(qū)域。JVM在運(yùn)行時(shí)將數(shù)據(jù)劃分為了6個(gè)區(qū)域來(lái)存儲(chǔ)，而不僅僅是大家熟知的Heap區(qū)域，這6個(gè)區(qū)域圖示如下：JVM內(nèi)存的分配結(jié)構(gòu)示意圖下面將逐一介紹下各個(gè)區(qū)域所做的工作及其充當(dāng)?shù)墓δ堋C Register(PC寄存器)PC寄存器是一塊很小的內(nèi)存區(qū)域，主要作用是記錄當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)。字節(jié)碼解

3、釋器工作時(shí)就是通過(guò)改變當(dāng)前線程的程序計(jì)數(shù)器選取下一條字節(jié)碼指令來(lái)工作的。任何分支，循環(huán)，方法調(diào)用，判斷，異常處理，線程等待以及恢復(fù)線程，遞歸等等都是通過(guò)這個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)完成的。由于Java多線程是通過(guò)交替線程輪流切換并分配處理器時(shí)間的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在任何一個(gè)確定的時(shí)間里，在處理器的一個(gè)內(nèi)核只會(huì)執(zhí)行一條線程中的指令。因此為了線程等待結(jié)束需要恢復(fù)到正確的位置執(zhí)行，每條線程都會(huì)有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器來(lái)記錄當(dāng)前指令的行號(hào)。計(jì)數(shù)器之間相互獨(dú)立互不影響，我們稱(chēng)這塊內(nèi)存為“線程私有”的內(nèi)存。如果所調(diào)用的方法為native的，則PC寄存器中不存儲(chǔ)任何信息。l JVM棧JVM棧是線程私有的，每個(gè)線程創(chuàng)建的同時(shí)都會(huì)創(chuàng)

4、建JVM棧，JVM棧中存放的為當(dāng)前線程中局部基本類(lèi)型的變量（java中定義的八種基本類(lèi)型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double）、部分的返回結(jié)果以及Stack Frame，非基本類(lèi)型的對(duì)象在JVM棧上僅存放一個(gè)指向堆上的地址，因此Java中基本類(lèi)型的變量是值傳遞，而非基本類(lèi)型的變量是引用傳遞，Sun JDK的實(shí)現(xiàn)中JVM棧的空間是在物理內(nèi)存上分配的，而不是從堆上分配。由于JVM棧是線程私有的，因此其在內(nèi)存分配上非常高效，并且當(dāng)線程運(yùn)行完畢后，這些內(nèi)存也就被自動(dòng)回收。當(dāng)JVM棧的空間不足時(shí)，會(huì)拋出StackOverflowError的錯(cuò)誤，在

5、Sun JDK中可以通過(guò)-Xss來(lái)指定棧的大小，例如如下代碼：1. newThread(newRunnable()2. publicvoidrun()3. loop(0);4. 5. privatevoidloop(inti)6. if(i!=1000)7. i+;8. loop(i);9. 10. else11. return;12. 13. 14. ).start();當(dāng)JVM參數(shù)設(shè)置為-Xss1K，運(yùn)行后會(huì)報(bào)出類(lèi)似下面的錯(cuò)誤：Exception in thread Thread-0java.lang.StackOverflowErrorl 堆（Heap）Heap是大家最為熟悉的區(qū)域，它是

6、JVM用來(lái)存儲(chǔ)對(duì)象實(shí)例以及數(shù)組值的區(qū)域，可以認(rèn)為Java中所有通過(guò)new創(chuàng)建的對(duì)象的內(nèi)存都在此分配，Heap中的對(duì)象的內(nèi)存需要等待GC進(jìn)行回收，Heap在32位的操作系統(tǒng)上最大為2G，在64位的操作系統(tǒng)上則沒(méi)有限制，其大小通過(guò)-Xms和-Xmx來(lái)控制，-Xms為JVM啟動(dòng)時(shí)申請(qǐng)的最小Heap內(nèi)存，默認(rèn)為物理內(nèi)存的1/64但小于1G，-Xmx為JVM可申請(qǐng)的最大Heap內(nèi)存，默認(rèn)為物理內(nèi)存的1/4，默認(rèn)當(dāng)空余堆內(nèi)存小于40%時(shí)，JVM會(huì)增大Heap的大小到-Xmx指定的大小，可通過(guò)-XX:MinHeapFreeRatio=來(lái)指定這個(gè)比例，當(dāng)空余堆內(nèi)存大于70%時(shí)，JVM會(huì)將Heap的大小往-Xm

7、s指定的大小調(diào)整，可通過(guò)-XX:MaxHeapFreeRatio=來(lái)指定這個(gè)比例，但對(duì)于運(yùn)行系統(tǒng)而言，為了避免頻繁的Heap Size的大小，通常都會(huì)將-Xms和-Xmx的值設(shè)成一樣，因此這兩個(gè)用于調(diào)整比例的參數(shù)通常是沒(méi)用的。其實(shí)jvm中對(duì)于堆內(nèi)存的分配、使用、管理、收集等有更為精巧的設(shè)計(jì)，具體可以在JVM堆內(nèi)存分析中進(jìn)行詳細(xì)介紹。當(dāng)堆中需要使用的內(nèi)存超過(guò)其允許的大小時(shí)，會(huì)拋出OutOfMemory的錯(cuò)誤信息。l 方法區(qū)域（MethodArea）方法區(qū)域存放了所加載的類(lèi)的信息（名稱(chēng)、修飾符等）、類(lèi)中的靜態(tài)變量、類(lèi)中定義為final類(lèi)型的常量、類(lèi)中的Field信息、類(lèi)中的方法信息，當(dāng)開(kāi)發(fā)人員在程

8、序中通過(guò)Class對(duì)象中的getName、isInterface等方法來(lái)獲取信息時(shí)，這些數(shù)據(jù)都來(lái)源于方法區(qū)域，可見(jiàn)方法區(qū)域的重要性。同樣，方法區(qū)域也是全局共享的，它在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)在一定的條件下它也會(huì)被GC，當(dāng)方法區(qū)域需要使用的內(nèi)存超過(guò)其允許的大小時(shí)，會(huì)拋出OutOfMemory的錯(cuò)誤信息。在Sun JDK中這塊區(qū)域?qū)?yīng)的為PermanetGeneration，又稱(chēng)為持久代，默認(rèn)為64M，可通過(guò)-XX:PermSize以及-XX:MaxPermSize來(lái)指定其大小。l 運(yùn)行時(shí)常量池（RuntimeConstant Pool）類(lèi)似C中的符號(hào)表，存放的為類(lèi)中的固定的常量信息、方法和Field的引用信

9、息等，其空間從方法區(qū)域中分配。類(lèi)或接口的常量池在該類(lèi)的class文件被java虛擬機(jī)成功裝載時(shí)分配。l 本地方法堆棧（NativeMethod Stacks）JVM采用本地方法堆棧來(lái)支持native方法的執(zhí)行，此區(qū)域用于存儲(chǔ)每個(gè)native方法調(diào)用的狀態(tài)。例如有這么一段代碼：1. publicclassA2. publicstaticvoidmain(Stringargs)3. Stringa=a;4. Stringb=b;5. Stringab=ab;6. System.out.println(a+b)=ab);/false7. System.out.println(a+b)=ab);/tr

10、ue8. finalStringafinal=a;9. Stringresult=afinal+b;10. System.out.println(result=ab);/true11. Stringplus=a+b;12. System.out.println(plus=ab);/false13. System.out.println(ern()=ab);/true14. 15. 分析下上面代碼執(zhí)行的結(jié)果，可通過(guò)javap verbose A來(lái)輔助理解分析。l (a+b)=aba+b是兩個(gè)變量相加，需要到運(yùn)行時(shí)才能確定其值，到運(yùn)行時(shí)后JVM會(huì)為兩者相加后產(chǎn)生一個(gè)新的對(duì)象，因此a+b=ab的結(jié)果為false。l (“a”+”b”)=ab“a”+”b”是常量，在編譯時(shí)JVM已經(jīng)將其變?yōu)椤盿b”字符串了，而ab=”ab”也是常量，這兩者在常量池即為同一地址，因此(“a”+”b”)=ab為true。l result=abresult=afinal+”b”，afinal是個(gè)final的變量， result在編譯時(shí)也已經(jīng)被轉(zhuǎn)變?yōu)榱恕盿b”，和”ab”在常量池中同樣為同一地址，因此result=ab為true。l plus=abplus和a+b的情況是相同的，因此plus=ab為false。l ern()=