JVM
简化架构概览JVM
内存结构)如上面的 JVM
简化架构图所示,内存区域分为如下五个部分(这五个部分统称为运行时数据区):
PC
寄存器(又称程序计数器);
Java
栈(又称 Java
虚拟机栈,或虚拟机栈);
Java
堆;
方法区;
注意:运行时常量池是划分在方法区中的。
本地方法栈(Native
栈)
PC
寄存器(又称程序计数器)PC
(Program Counter
)寄存器说明:
PC
寄存器是线程私有的,即每个线程拥有一个 PC
寄存器,用来存储指向下一条指令的地址。
PC
寄存器中指令的存储顺序就是线程中代码的执行顺序。
在创建线程的时候,创建相应的 PC
寄存器。
执行本地方法(即 native
修饰的 jni
方法)时,PC
寄存器的值为 undefined
。
PC
寄存器是一块较小的内存空间,是唯一一个在 JVM
规范中没有规定 OutOfMemoryError
的内存区域。
Java
栈(又称 Java
虚拟机栈,或虚拟机栈)Java
栈的说明:
Java
栈是由一系列的帧(Frame
)组成的。因此,Java
栈也称为帧栈。
Java
栈和PC
寄存器一样,都是线程私有的。
由帧组成的栈叫做帧栈;
存放在帧栈中的帧叫做栈帧。
帧(即 栈帧)可以用来保存一个方法的局部变量、操作数栈(Java
没有寄存器,所有参数传递使用操作数栈)、常量池指针、动态链接、方法返回值等。
每一次方法调用时都会创建一个帧,并压栈。退出方法时,修改栈顶指针就可以把栈帧中的内容销毁。
帧是方法调用相关的。方法调用开始时创建帧,方法调用结束后销毁帧。
局部变量表 存放了编译期可知的各种基本数据类型和引用类型,每个 slot
(槽位) 存放 32
位的数据,long
、double
占两个 slot
。
局部变量表中的槽位(
slot
)是可以复用的。参考 《字节码执行引擎》 中的 局部变量表
Java
栈的优缺点:
优点:存取速度比堆快,仅次于寄存器。
缺点:存在栈中的数据大小、生存期是在编译期决定的,缺乏灵活性。
Java
堆Java
堆说明:
用来存放应用系统创建的对象和数组。所有线程共享 Java
堆。
GC
主要就是管理堆空间。对分代 GC
来说,堆也是分代的。
分代只是一种思想,内存中并没有分代的说法。
Java
堆的优缺点:
优点:运行期动态分配内存大小;自动进行垃圾回收。
缺点:效率相对较慢。
方法区的说明:
方法区是线程共享的,通常用来保存加载的类的结构信息(即 class
文件中的二进制字节流数据,包括:类名、继承关系、字段、方法、附加属性等信息数据)。
参考 类加载要完成的功能。
参考
Class
文件的格式。
方法区通常和元空间(Meta Space
)关联在一起。但具体的跟 JVM
实现和 JDK
版本有关。
JDK 8
之前,方法区和永久区关联在一起;
JDK 8
之后,废除了永久区,将方法区和元空间关联在一起。
JVM
规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分,但方法区有一个别名(即 Non-heap
非堆),应该是为了与 Java
堆相互区分开来。
运行时常量池是 class
文件中每个类或接口的 常量池表,在运行期间的表示形式,通常包括:JDK
版本、类名、父类或父接口名、字段、方法等信息。
运行时常量池分配在方法区中。
因此,说方法区中保存了类的结构信息是正确的。
通常在加载类和接口到 JVM
后,就创建了相应的运行时常量池。
Native
栈)在 JVM
中用来支持 native
方法执行的栈就是本地方法栈。
Java
栈、Java
堆、方法区三者间的交互关系如上图所示:
对于 Java
栈中的局部变量表中的类类型的局部变量,会指向 Java
堆中的类对象;
对于 Java
堆中的类对象,它不仅包括实例数据,还包括指向该类元数据信息的指针;
对于类的元数据信息,就是方法区中保存的类的结构信息等,即 Java
堆中的类对象还会持有对方法区中数据的引用。
Java
堆Java
堆用来存放应用系统创建的对象和数组,所有线程共享 Java
堆。
在运行时期为 Java
堆动态分配内存大小,并自动进行垃圾回收。
Java
垃圾回收(GC
)主要就是回收堆内存。
对分代
GC
来说,堆也是分代的。
堆内存在逻辑上是连续的,在物理上可以是不连续的。
如上图所示:整个堆大小 = 新生代 + 老年代
Young Generation
)新生代 = Eden
+ 存活区
新生代用来存放新分配的对象。
新生代中经过垃圾回收后,没有回收掉的对象被复制到老年代。
Eden
(伊甸园)区From Space
和 To Space
)存活区(Survivor Space
)又分为 From Space
和 To Space
。
但使用时,只能使用其中一个。
之所以分为两个,是为了在复制时用到。
Old Generation
,又称年老代)老年代中只有一个 Tenured Space
(年老区)。
老年大存储的对象比新生代存储的对象的年龄大得多。
老年代存储一些大对象。
对一些占用空间较大的对象,可能不会先进入新生代,而是直接存放在老年代。
从前的持久代(即用来存放 Class
、Method
等元信息的区域)从 JDK 8
开始去掉了。被元空间(MetaSpace
)所取代。
元空间并不在虚拟机里面,而是直接使用本地内存。
以 HotSpot
虚拟机为例,对象在内存中的存储布局,分为:
对象头
对象头包含两个部分:
1. Mark Word:存储对象自身的运行数据,如:HashCode、GC 分代年龄、锁状态标志等。
2. 类型指针:对象指向它的类的元数据(即类的结构信息)的指针(指向方法区)。
实例数据
真正存放对象实例数据的地方。
对齐填充
这部分不一定存在。也没有特别的含义,仅仅是占位符。
因为 HotSpot 虚拟机要求对象起始地址都是 8 字节的整数倍,如果不是,就要对齐填充。
在 JVM
规范中,只规定了 reference
类型(引用类型)是一个指向对象的引用,但没有规定这个引用具体如何去定位,并访问堆中对象的具体位置。
因此,对象的访问方式取决于 JVM
的实现。目前主流的访问方式有:
使用句柄:
Java 堆中会划分出一块内存来做为句柄池,reference 中保存句柄的地址。
即引用指向句柄池中的句柄。
句柄中存储对象的实例数据,以及类的元数据的地址。
使用句柄的优缺点:
优点:当对象发生改变时,只需要修改句柄中到对象数据的指针即可。不需要修改
reference
的指向。’缺点:使用句柄其实就是采用间接引用的方式访问对象,于是,
reference
需要2
次寻址才能访问到对象。即访问速度较慢。
使用指针(HotSpot
虚拟机采用这种方式来访问对象):
Java 堆中会存放访问类的元数据的地址,
reference 存储的就直接是对象的地址。
使用指针的优缺点:
优点:
reference
直接指向对象,只需1
次寻址。即访问速度较快。缺点:对象发生改变时,需要修改
reference
的指向。
Java
内存分配相关的参数设置Trace
跟踪参数-Xlog:gc
(打印 GC
日志的简要信息)-Xlog:gc*
(打印 GC
日志的详细信息)-Xlog:gc:<filename>
(输出 GC
日志信息到指定文件)如 -Xlog:gc:garbage-collection.log,其中 garbage-collection.log 是保存 GC 日志的文件。
文件名前面还可以加路径,路径目录必须事先创建好。
-Xlog:gc+heap=debug
(打印 GC
日志信息和堆信息)GC
日志信息的格式不同垃圾收集器的 GC
日志格式可能不同。GC
日志信息中主要包含以下内容:
GC
发生的时间,也就是 JVM
从启动以来经过的秒数。
日志级别信息,和日志类型标记。
GC
识别号。
GC
类型,和 GC
的原因说明。
容量:GC
前容量 -> GC
后容量(该区域总容量)。
GC
持续时间,单位:秒。
有的收集器会有更详细的描述,比如:
1. user:表示应用程序消耗的时间;
2. sys:表示系统内核消耗的时间;
3. real:表示操作从开始到结束的时间。
举例如下:
Java
堆的参数-Xms<size>
(初始堆大小)设置堆的最小空间大小为 size,同时也将堆的初始空间大小设置为 size。
size 必须是 1024 的倍数,且 size 必须大于 1MB。如:
-Xms6291456
-Xms6144k
-Xms6m
以上三种方式只是 size 的单位不同,结果都是将 size 设置为 6m。
默认为物理内存的 1/64。
如果不想将堆的最小空间大小和初始空间大小设置成一样,可以使用:
1. -XX:MinHeadpSize 单独设置最小空间大小;
2. -XX:InitialHeapSize 单独设置初始空间大小。
-Xmx<size>
(最大堆大小)默认为物理内存的 `1/4`。
-Xmx 等价于 -XX:MaxHeapSize
建议将 -Xms 和 -Xmx 设置成一样大小,即:初始堆大小 = 最大堆大小。这样,每次 GC 后就不需要再去调整堆大小了。
使用示例如下:
-Xmn<size>
(新生代大小)默认为整个堆的 3/8。
因为新创建的对象一般都是存放在新生代中的,所以:
1. 如果新生代的内存太小,能够存放的对象就少,就会导致频繁的 GC;
2. 如果新生代的内存太大,就会存放过多的对象,从而导致一次 GC 的耗时较长。
-Xmn 同时设置了新生代的初始空间大小和最大空间大小。也可以使用 -XX:NewSize 和 -XX:MaxNewSize 分别单独设置。
-XX:NewRatio
(老年代与新生代的比例)-XX:NewRatio 是设置新生代和老年代的占比关系。而 -Xmn 是设置新生代的固定内存大小。
也就是说,对于 -XX:NewRatio, 新生代的内存大小取多少,是虚拟机根据比例来算的。
默认值为 -XX:NewRatio=2,表示 老年代 : 新生代 = 2 : 1,即
老年代占堆内存的 2/3
新生代占堆内存的 1/3
注意:如果 -Xms = -Xmx,且设置了 -Xmn,那么不用再设置 -XX:NewRatio。
-XX:SurvivorRatio
(Eden
区和 Survivor
区的比例)当 -XX:SurvivorRatio = 8 时,则 eden : from : to = 8 : 1 : 1,即:
eden 区占新生代内存的 8/10;
from space 占新生代内存的 1/10;
to space 占新生代内存的 1/10。
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
(导出 OOM
时的堆信息)导出 OOM 时的堆信息就是导出一个堆存储文件(hprof)文件。
如果不通过参数 -XX:+HeapDumpPath 指定导出的 hprof 文件的路径,
则默认在程序运行时所在的当前目录下生成 hrof 文件。
-XX:+HeapDumpPath
(OOM
时堆信息的导出文件路径)如果不指定导出路径,默认为 `Java` 程序运行时所在的当前目录。
-XX:OnOutOfMemoryError
(在 OOM
时,执行一个脚本)GC
前后对象在堆内存中的分布变化当 -Xmn
设置的新生代内存超过了 -Xmx
设置的最大堆内存的一半时,实际给新生代分配的内存可能比 -Xmn
设置的小。
MAT
进行内存分析GC
日志到指定文件-XX:NewRatio
设置老年代与新生代的比例-XX:SurvivorRatio
设置 Eden
区和 Survivor
区的比例OOM
)时 GC
日志信息Java
栈的参数-Xss
(栈的大小)通常只有几百 K,决定了函数调用的深度。
栈是由帧组成的,函数调用开始时创建帧,函数调用结束后销毁帧。
当函数嵌套调用时,就会同时有多个帧存在,嵌套层级越深,帧越多,
因此说 -Xss 所设置的栈大小,决定了一个栈中能同时存放下多少个帧,即确定了函数调用的嵌套深度。
StackOverflowError
(栈溢出异常)-XX:MetaspaceSize
(初始空间大小)-XX:MaxMetaspaceSize
(最大空间大小)默认是没有限制的
-XX:MaxMetaspaceFreeRatio
(GC
后的最大剩余百分比)在 GC 之后,最小的 Metaspace 剩余空间容量的百分比。
-XX:MinMetaspaceFreeRatio
(GC
后的最小剩余百分比)在 GC 之后,最大的 Metaspace 剩余空间容量的百分比。