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[Java教程]第一章 JVM内存结构


注意:本系列博客,主要参考自以下三本书

《分布式Java应用:基础与实践》《深入理解Java虚拟机(第二版)》《深入分析Java web技术内幕》

1、为什么要了解JVM内存管理机制

  • JVM自动的管理内存的分配与回收,这会在不知不觉中浪费很多内存,导致JVM花费很多时间去进行垃圾回收(GC)
  • 内存泄露,导致JVM内存最终不够用

 

2、JVM内存结构

根据上图,JVM内存结构包括:

  • 方法区(也就是"持久代")
  • 栈(在hotspot JVM中,JVM方法栈--Java虚拟栈,与本地方法栈是同一个)
  • PC寄存器(程序计数器)

注意点:

  • 堆是GC的主要区域,方法区也会发生GC
  • 栈与PC寄存器是每个线程都会创建的私有区域

 

2.1、方法区

  • 存放内容(类的信息、类属性、方法、常量池)
    • 已经加载的类的信息(名称、修饰符等)
    • 类中的static变量
    • 类中定义为final常量
    • 类中的属性Field信息
    • 类中的方法信息
    • 常量池:编译器生成的各种字面量和符号引用(编译期),这部分内容会在类加载之后进入运行时常量池
  • 使用实例:反射,在程序中通过Class对象调用getName等方法获取信息数据时,这些信息数据来源于方法区。
  • 调节参数
    • -XX:PermSize:指定方法区的最小值,默认为16M
    • -XX:MaxPermSize:指定方法区的最大值,默认为64M
  • 所抛错误
    • 方法区域要使用的内存超过了其允许的大小时,抛出OutOfMemoryError
  • 内存回收的主要目标
    • 对类的卸载(这也是为什么很多企业使用velocity等模板引擎做前端而不是使用jsp的原因之一)
    • 针对常量池的回收
  • 总结
    • 一般而言,在企业开发中,-XX:PermSize==-XX:MaxPermSize
    • 通常,这个大小设置为256M就没问题了,当然还要根据自己的程序去预估,并在运行过程中去调整,这里以在Resin服务器中配置为例
            <jvm-arg>-XX:PermSize=256M</jvm-arg>      <jvm-arg>-XX:MaxPermSize=256M</jvm-arg>

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2.2、堆

  • 存放内容
    • 对象实例
    • 数组值
  • 使用实例
    • 所有通过new创建的对象都在这块儿内存分配,具体分配到年轻代还是年老代需要根据配置参数而定(新建对象直接分配到年老代有两种情况,看下边)
  • 调节参数
    • -Xmx:最大堆内存,默认为物理内存的1/4但小于1G
    • -Xms:最小堆内存,默认为物理内存的1/64但小于1G
    • -XX:MinHeapFreeRatio,默认当空余堆内存小于最小堆内存的40%时,堆内存增大到-Xmx
    • -XX:MaxHeapFreeRatio,当空余堆内存大于最大堆内存的70%时,堆内存减小到-Xms
  • 注意点
    • 在实际使用中,-Xmx与-Xms配置成相等的,这样,堆内存就不会频繁的进行调整了
  • 抛出错误
    • OutOfMemoryError:在堆中没有内存完成实例分配(关于实例内存的分配,之后再说),此时堆内存已达到最大无法扩展时。
  • 堆内存划分

    • 新生代
      • 组成:Eden+From(S0)+To(S1)
      • -Xmn:整个新生代的大小
      • -XX:SurvivorRatio:调整Eden:From(To)的比率,默认为8:1
    • 年老代
      • 新建对象直接分配到年老代,两种情况
        • 大对象:-XX:PretenureSizeThreshold(单位:字节)参数来指定大对象的标准,在Parallel Scavenge GC下无效
        • 大数组:数组中的元素没有引用任何外部的对象
  • 总结
    • 企业开发中,-Xmx==-Xms
    • 通常,-Xmx设置为2048m就没问题了,当然还要根据自己的程序去预估,并在运行过程中去调整,这里以在Resin服务器中配置为例
            <jvm-arg>-Xms2048m</jvm-arg>      <jvm-arg>-Xmx2048m</jvm-arg>      <jvm-arg>-Xmn512m</jvm-arg>      <jvm-arg>-XX:SurvivorRatio=8</jvm-arg>      <jvm-arg>-XX:MaxTenuringThreshold=15</jvm-arg>

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      可以看到,-Xms==-Xmx==2048m,年轻代大小-Xmn==512m,这样,年老代大小就是2048-512==1536m,这个比率值得记住,在企业开发中,年轻代:年老代==1:3,而此时,我们配置的-XX:MaxTenuringThreshold=15(这也是默认值),年轻代对象经过15次的复制后进入到年老代(关于这一点,在之后的GC机制中会说),

    • -XX:MaxTenuringThreshold与-XX:PretenureSizeThreshold不一样,不要看错

 

2.3、栈

  • 注意点
    • 每条线程都会分配一个栈,每个栈中有多个栈帧(每一个方法对应一个栈帧)
    • 每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧,每个栈帧用于存储当前方法的局部变量表、操作数栈等,具体查看本文第一个图,每一个方法从调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程,说的更明白一点,就是方法执行时创建栈帧,方法结束时释放栈帧所占内存
  • 存放内容
    • 局部变量表:八大基本数据类型数据、对象引用。该空间在编译器已经分配好,运行期不变。
  • 调节参数
    • -Xss:设置栈的大小,通常设置为1m就好
      <jvm-arg>-Xss1m</jvm-arg>

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  • 支持native方法执行(本地方法栈)
  • 所抛错误
    • StackOverFlowError:线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度。
      • 典型场景:没有终止条件的递归(递归基于栈)。
    • OutOfMemoryError:虚拟机栈可以动态扩展,如果扩展的时候无法申请到足够的内存。
      • 需要注意的是,栈可以动态扩展,但是栈中的局部变量表不可以。

 

2.4、PC寄存器(程序计数器)

  • 概念:当前线程所执行的字节码的行号指示器,用于字节码解释器对字节码指令的执行。
  • 多线程:通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的,在任何一个时刻,一个处理器(也就是一个核)只能执行一条线程中的指令,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都要有一个独立的程序计数器,各条线程之间计数器互不影响,独立存储。