JVM記憶體結構圖

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大家好，好幾天沒有更新了，今天的內容有點多，我們詳細介紹下JVM內部結構圖，還是和之前一樣，案例先行，方便大家理解記憶。

/**
 * @author ：jiaolian
 * @date ：Created in 2021-03-10 21:28
 * @description：helloworld測試jvm記憶體區域
 * @modified By：
 * 公眾號:叫練
 */
public class HelloWorldTest {

    public static void main(String[] args) {
        //新建HelloWorldTest物件;
        HelloWorldTest helloWorldTest = new HelloWorldTest();
        //新建2個執行緒呼叫sayHello
        for (int i=0; i<2; i++) {
            new Thread(()->helloWorldTest.sayHello("world")).start();
        }
    }

    /**
     * 對某人說hello
     * @param who
     */
    public void sayHello(String who) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"hello!"+who);
    }
} 

 

如上程式碼：在主執行緒中for迴圈新建2個執行緒呼叫sayHello，最後兩個執行緒分別對世界問好！這段程式碼比較好理解，就不貼輸出結果了。我們編寫並運行了這段程式碼，我們主要看看這段程式碼在JVM中是怎麼運作的。

首先，我們編寫一個HelloWorldTest.Java檔案，經過javac編譯會轉化成位元組碼HelloWorldTest.class，為什麼要轉化成位元組碼呢？因為Java虛擬機器能識別！最後由類載入子系統ClassLoader將位元組碼裝載到記憶體。每塊記憶體各有自己的作用，最後由執行引擎來執行位元組碼。下面我們重點介紹下各塊記憶體發揮的作用！

 

方法區

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方法區主要裝一些靜態資訊，比如：類元資料，常量池，方法資訊，類變數等。如上程式碼HelloWorldTest.class是類元資料，sayHello，main都是方法資訊等都是放在方法區儲存的。方法區中還需要注意兩點：

1. 如果方法區太大，超過設定，會報OutOfMemoryError:PermGen space錯誤。gclib工具可以動態生成類測試該錯誤。
2. 在JDK1.7以前，方法區叫永久代，而1.8之後叫元空間。原因是JDK1.8為了釋放管理壓力，把執行時常量池交給堆去管理。

 

堆

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堆中主要存放例項物件。你可以這麼理解，只要看到用關鍵字new的物件，資料都放在堆中。如上程式碼HelloWorldTest helloWorldTest = new HelloWorldTest()；helloWorldTest是HelloWorldTest物件的引用，指向new出來的HelloWorldTest物件例項，helloWorldTest引用是放在棧中的，也叫區域性變數（方法內申明的物件型別或普通型別），我們簡單畫圖來表示下堆，棧，方法區關係。當JVM執行了HelloWorldTest helloWorldTest = new HelloWorldTest()；這句話，JVM記憶體結構看起來是這樣的。如果指向物件引用消失，物件會被GC回收。

在堆記憶體中，記憶體需要劃分成兩塊區域，新生代和老年代。如下圖所示。

1. 新生代：在堆記憶體中，新生代又分為三塊，eden（伊甸園建立新生命，對應new物件），from，to，這三塊記憶體區域都屬於新生代，預設比例是8：1：1，每次new物件都會先儲存到eden中，如果eden區域記憶體滿了，會觸發monitor gc回收該區域，還未回收的物件會放入from或者to，from，to記憶體其中一塊是空的，方便物件在記憶體中整理標記，每GC一次，from，to兩塊空間物件每移動一次，還未回收的物件年紀也會增加1，到達一定年紀（預設是15歲），就會進入老年代了。
2. 老年代：當老年代滿了，會觸發Full GC回收，如果系統太大，Full GC都回收不了，程式會出現類似java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space，我們可以通過配置JVM引數：如-Xmx32m 設定最大堆記憶體為32M。

對堆分塊原因是方便JVM自動處理垃圾回收。堆記憶體是GC回收的主要區域。

 

 

棧

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棧記憶體空間相對於堆空間比較小，也屬於執行緒私有，棧中主要是一堆疊幀，是先進後出的，理解起來棧幀對應就是一個方法，方法中包含區域性變數，方法引數，還有方法出口，訪問常量指標，和異常資訊表，其中異常資訊表和常量指標資訊我們在方法體中可能看不出來，但通過工具Jclasslib工具類在反編譯class檔案可以體現出來，異常資訊表可以處理當程式執行報錯，會跳轉到具體哪行程式碼執行，JVM中就是通過異常表反饋的。我們還是結合例子和圖來詳細分析下。當程式執行時，JVM中棧可能如下圖呈現狀態。

    

一個執行緒可能對應多個棧幀，棧幀都是從上往下壓入，先進後出，如下圖所示，在方法A中呼叫方法B，在方法B中呼叫C，在方法C中呼叫方法D，主執行緒對應棧幀的壓棧情況，出棧順序是D->C->B->A，最終程式結束。另外還需注意：運算元棧的意思是儲存區域性變數計算的中間結果，比如在方法A中定義int x = 1；在JVM中會將區域性變數入運算元棧用來之後的計算。棧也是有空間大小的，如果棧太大，超過棧深度，會類似報錯，java.lang.OutOfMemoryError: Java stack space，最常見的例子就是遞迴了。你會寫demo測試遞迴例子嗎？

 

 

程式計數器

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程式計數器也是執行緒獨享的，多執行緒執行程式依賴於CPU分配時間片執行，畫個簡單的圖，看看多執行緒怎麼利用CPU時間片的。如下圖，執行緒0和執行緒1分配cpu時間片交替執行程式，假設此時執行緒0先獲取到了時間片，時間片用完後CPU會將時間片再分配給執行緒1，執行緒1執行完畢後，此時，時間片又回到執行緒0來執行，那麼問題來了，執行緒0上次執行到哪兒了呢？具體是程式碼的多少行了呢，該行程式碼有沒有執行完畢？此時程式計數器就發揮作用了，程式計數器儲存了執行緒的執行現場，方便下次恢復執行。這也是為什麼程式計數器是執行緒獨享的原因。

 

 

本地方法棧

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本地方法棧就不過多介紹了，和棧結構一樣，是一塊獨立的區域，只是對應的是native方法。

 

直接記憶體

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直接記憶體獨立於JVM記憶體之外的記憶體，可以直接和NIO介面互動，NIO介面會頻繁操作記憶體，如果放在JVM管理，無疑會增加JVM開銷，所以單獨將這塊提出來，而且直接記憶體操作資料相比較JVM更快，顯而易見提升了程式效能。

 

 

記憶體分配效能優化-逃逸分析

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我們之前說過，只要是看到關鍵字new，物件分配肯定在堆上，下面我們來看一個案例。

/**
 * @author ：jiaolian
 * @date ：Created in 2021-03-10 16:10
 * @description：逃逸分析測試
 * @modified By：
 * 公眾號:叫練
 */
public class EscapeTest {

    //private static Object object;
    public static void alloc() {
        //一個物件相當於16k大小，非逃逸物件
        //object = new Object();
        Object object = new Object();
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //億次記憶體
        long begin=System.currentTimeMillis();
        for (int i=0; i<10000000; i++) {
            alloc();
        }
        long end=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("time:"+(end-begin));
    }
}

 

如上程式碼，我們在主函式裡面通過for迴圈1億次來new Object，一個object為16k，大致估算下有GB資料了，此時我們手動配置JVM引數，-XX:+PrintGC -Xmx10M -XX:+DoEscapeAnalysis；設定列印GC資訊，預設最大的堆記憶體是10M。

1. -XX:+PrintGC。表示控制檯列印GC資訊。
2. -Xmx10M。設定最大的堆記憶體為10M。
3. -XX:+DoEscapeAnalysis。 開啟逃逸分析（預設開啟）。

執行程式，列印結果如下圖所示。一共進行了3次GC，你可能有疑問？10M堆記憶體需要容納GB資料衝擊，怎麼也需要N次GC，為什麼只有3次GC？如果設定-XX:-DoEscapeAnalysis關閉逃逸分析，GC可能會出現上千次。執行時間也從3毫秒增至1000毫秒以上。說明了非逃逸物件沒有新建的堆上，而是建在棧上了。這樣做的好處：從程式GC執行次數和執行時間上來看，程式執行效率提高了。

• 原因分析：

觀察我們上述案例程式碼中alloc()方法，方法中Object object = new Object()；object是一個區域性變數，每次新建後到下一次迴圈再新建，上一次新建的物件就會出棧，object引用指向的物件就會失效，失效的物件就會被GC回收了。開啟逃逸分析後，new Object()建立的物件就不在堆上分配空間了，而放到了棧上。這就是JVM通過逃逸分析對記憶體的優化。思考下，如果將private static Object object；註釋放開，object還會是非逃逸物件嗎？

注意：逃逸物件不能在棧上分配空間！

相信到這裡你已經對逃逸分析應該有一個比較清晰的認識了。

 

總結

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好了，寫的有點累了，寫的不全同時還有許多需要修正的地方，希望親們加以指正和點評，喜歡的請點贊加關注哦。點關注，不迷路，我是【叫練】公眾號，微訊號【jiaolian123abc】邊叫邊練。

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