這篇文章主要介紹了JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)劃分實(shí)例解析,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友可以參考下

數(shù)據(jù)區(qū)域劃分

運(yùn)行時(shí)內(nèi)存區(qū)域劃分：程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法棧、堆、方法區(qū)

程序計(jì)數(shù)器

• 線程私有
• 通過寄存器實(shí)現(xiàn)
• 不會存在運(yùn)行溢出

當(dāng)前線程所執(zhí)行的行號指示器,記住下一條JVM指令的執(zhí)行地址

虛擬機(jī)棧

• 垃圾回收不涉及棧內(nèi)存
• 棧內(nèi)存是線程私有的,可以理解為線程運(yùn)行需要的內(nèi)存空間
• 棧由棧幀組成，每個(gè)棧幀代表一個(gè)方法執(zhí)行時(shí)需要的內(nèi)存(參數(shù),局部變量,返回地址)
• 每個(gè)線程只能有一個(gè)活動棧幀,對應(yīng)著當(dāng)前正在執(zhí)行的那個(gè)方法

棧內(nèi)存分配過大只能支撐一定的遞歸調(diào)用,并不會影響運(yùn)行速度,還可能減少線程數(shù)量(因?yàn)槲锢韮?nèi)存是一定的)

本地方法棧

為運(yùn)行本地方法時(shí)分配的內(nèi)存(HotSpot把虛擬機(jī)棧和本地方法棧合二為一了)

• 堆
  
• 有垃圾回收機(jī)制
• 線程共享,需要考慮線程安全問題
• 存儲的都是對象的實(shí)例(通過new關(guān)鍵字創(chuàng)建的對象)
• 從內(nèi)存分配的角度來說:堆中可以劃分出多個(gè)線程私有的分配緩沖區(qū)(TLAB),以提升對象分配時(shí)的效率
• Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間,但在邏輯上應(yīng)該視為連續(xù)的(但是對于比如數(shù)組這種大對象,可能會要求連續(xù)的內(nèi)存空間)

方法區(qū)

• 線程共享區(qū)
• 存儲已被虛擬機(jī)加載的類型信息,常量,靜態(tài)變量,即時(shí)編譯器編譯后的代碼緩存
• 在虛擬機(jī)啟動時(shí)被創(chuàng)建,邏輯上屬于堆的一部分(不同JVM實(shí)現(xiàn)的方式不同)
  • JDK1.6使用永久代(PerGen)作為方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)
  • JDK1.8使用元空間(Metaspace)對方法區(qū)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)(包含Class ClassLoader 常量池三個(gè)部分,放在直接內(nèi)存中)StringTable放在堆中(有助于垃圾回收管理)

使用場景:如Spring Mybatis使用的動態(tài)加載

運(yùn)行時(shí)常量池

運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分

二進(jìn)制字節(jié)碼內(nèi)容:類基本信息\常量池表\類方法定義,包含了虛擬機(jī)指令

其中,常量池表中存放編譯期間生成的各種字面量(比如各種基本數(shù)據(jù)類型)與符號引用(比如,類名\方法名\參數(shù)類型),這部分內(nèi)容將在類加載后存放到方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中,并把符號地址變?yōu)檎鎸?shí)地址

StringTable

類似于hashTable結(jié)構(gòu),不能自動擴(kuò)容

常量池中的字符串只是符號,第一次使用時(shí)才變?yōu)閷ο?br />

利用串池機(jī)制,避免重復(fù)創(chuàng)建字符對象

案例

• 字符串拼接的原理是編譯期優(yōu)化
• 字符串拼接原理是StringBuilder(JDK1.8)
• 使用intern()方法,主動將串池中還沒有的字符串對象放入串池

// StringTable [ "a", "b" ,"ab" ] hashtable 結(jié)構(gòu)，不能擴(kuò)容
public class Demo1_22 {
  // 常量池中的信息，都會被加載到運(yùn)行時(shí)常量池中， 這時(shí) a b ab 都是常量池中的符號，還沒有變?yōu)?java 字符串對象
  // ldc #2 會把 a 符號變?yōu)?"a" 字符串對象
  // ldc #3 會把 b 符號變?yōu)?"b" 字符串對象
  // ldc #4 會把 ab 符號變?yōu)?"ab" 字符串對象

  public static void main(String[] args) {
    String s1 = "a"; // 懶惰的
    String s2 = "b";
    String s3 = "ab";
    String s4 = s1 + s2; // new StringBuilder().append("a").append("b").toString() new String("ab")
    String s5 = "a" + "b"; // javac 在編譯期間的優(yōu)化，結(jié)果已經(jīng)在編譯期確定為ab

    System.out.println(s3 == s5);
  }
}

JDK1.7以后,利用intern()方法,會將字符串對象嘗試放入串池，如果有則并不會放入，如果沒有則放入串池， 會把串池中的對象返回;而JDK1.6調(diào)用intern()方法,是將對象拷貝一份到串池中,指向堆中的對象本身引用并不不改變

public class Demo1_23 {

  // ["ab", "a", "b"]
  public static void main(String[] args) {
    demo1();
    demo2();
  }

  static void demo1() {
    // 串池中事前沒有"ab",intern()之后,s返回的是串池中的對象
    String s = new String("a") + new String("b");

    String s1 = s.intern();

    System.out.println(s == "ab"); // true
    System.out.println(s1 == "ab");   //true
  }

  static void demo2() {
    // 串池中事前已有"ab",s返回的仍是堆中的對象
    String x = "ab";
    String s = new String("a") + new String("b");

    // 堆 new String("a")  new String("b") new String("ab")
    String s2 = s.intern(); // 將這個(gè)字符串對象嘗試放入串池，如果有則并不會放入，如果沒有則放入串池， 會把串池中的對象返回

    System.out.println( s2 == x);  // true
    System.out.println( s == x );  //false
  }
}

位置

JDK1.6時(shí),StringTable放在元空間內(nèi),屬于永久代的位置,但是StringTable占用內(nèi)存容易觸發(fā)full gc耗時(shí)較久;JDK1.7以后將StringTable放在堆內(nèi)存中,隨著內(nèi)存占用增大首先觸發(fā)minor gc,耗時(shí)較短.

直接內(nèi)存

使用Native函數(shù)直接分配堆外內(nèi)存,然后通過Java堆里的DirectByteBuffer對象作為引用對這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作.
原理說明:

使用Unsafe對象完成直接內(nèi)存的分配和回收,回收時(shí)需要主動調(diào)用freeMemory方法

ByteBuffer的實(shí)現(xiàn)類內(nèi)部使用了Cleaner(虛引用)來監(jiān)測ByteBuffer(BB)對象,一旦BB對象被垃圾回收,會有ReferenceHandler線程通過Cleaner方法調(diào)用freeMemory來釋放內(nèi)存

創(chuàng)建新對象說明

HotSpot虛擬機(jī)在Java堆中對象分配、布局和訪問的過程

對象的創(chuàng)建

new字節(jié)碼指令

虛擬機(jī)遇到new字節(jié)碼指令時(shí)，首先檢查能否在常量池中定位到一個(gè)類的符號引用，并檢查該符號引用的來是否已被加載、解析和初始化。如果沒有，則執(zhí)行相應(yīng)的類加載過程。
類加載檢查后，虛擬機(jī)為新生對象分配內(nèi)存

內(nèi)存分配

對象所需的內(nèi)存大小在類加載過程中可以確定，在Java虛擬機(jī)中為對象劃分內(nèi)存時(shí)有兩種方式：指針碰撞、空閑列表
指針碰撞： 利用一個(gè)指針作為已用內(nèi)存和未用內(nèi)存的分界點(diǎn)的指示器，內(nèi)存分配就僅僅是指針的移動。優(yōu)點(diǎn)在于不會造成內(nèi)存碎片化，但是速度較慢

空閑列表：虛擬機(jī)維護(hù)一個(gè)內(nèi)存使用記錄表，使用時(shí)，從空閑的內(nèi)存區(qū)域直接劃分一塊足夠大的空間給對象實(shí)例。

內(nèi)存分配的線程安全問題

劃分可用空間后仍要考慮并發(fā)情況下對內(nèi)存的使用，有兩種方式解決內(nèi)存沖突的問題：CAS配上失敗重試、TLAB本地線程分配緩沖
TLAB：把內(nèi)存分配的動作按照線程劃分在不同的空間之中進(jìn)行，即每個(gè)線程在Java堆中預(yù)先分配了一小塊內(nèi)存空間

對象的內(nèi)存布局

對象在堆內(nèi)存中的布局可以劃分為三個(gè)部分：對象頭、實(shí)例數(shù)據(jù)、對齊填充

對象頭

對象頭中包含兩類信息：Mark Word、類型指針

Mark Word

存儲對象自身運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，考慮到虛擬機(jī)的空間效率，被設(shè)計(jì)成一個(gè)動態(tài)定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即根據(jù)對象的狀態(tài)復(fù)用自己的存儲空間（數(shù)據(jù)長度在32位和64位虛擬機(jī)上分別為32個(gè)比特和64個(gè)比特）

類型指針

對象中指向它類型元數(shù)據(jù)的指針，Java虛擬機(jī)通過這個(gè)指針來確定該對象是哪個(gè)類的實(shí)例（不是所有虛擬機(jī)都必須在對象數(shù)據(jù)上保留類型指針）此外，如果對象是一個(gè)數(shù)組，對象頭中還必須擁有一塊記錄數(shù)據(jù)長度的數(shù)據(jù)

實(shí)例數(shù)據(jù)

即程序代碼里定義的各種類型的字段內(nèi)容，包括從父類繼承的或子類中定義的字段。各類數(shù)據(jù)存儲是按照一定順序的（long/double、ints...），而寬度相同的字段總是被分配到一起存放，所以父類中定義的變量可能會出現(xiàn)在子類之前。

對齊填充

占位符，無特殊意義

HotSpot虛擬機(jī)的自動內(nèi)存管理系統(tǒng)要求對象的起始地址必須是8字節(jié)的整倍數(shù)，若有些對象的對象頭和示例數(shù)據(jù)內(nèi)存設(shè)計(jì)不是8的倍數(shù)，則需要利用占位符來進(jìn)行填充。

對象的訪問定位

Java程序通過reference數(shù)據(jù)操作對上的具體對象，主流的訪問方式有兩種：句柄、直接指針

句柄

Java堆中可能劃分出一塊內(nèi)存作為句柄池。reference中存儲對象的句柄地址，句柄中包含對象的實(shí)例數(shù)據(jù)和類型數(shù)據(jù)的具體地址信息。

直接指針

Java堆中對象的布局需要考慮如何放置類型數(shù)據(jù)的相關(guān)信息（如訪問信息）。reference中存儲的直接就是對象地址，如果只訪問對象本身，就不要多一次間接訪問的開銷

優(yōu)缺點(diǎn)

使用句柄訪問， reference數(shù)據(jù)只需關(guān)乎句柄地址，當(dāng)對象被回收或移動后只需改變句柄中的實(shí)例數(shù)據(jù)指針，而reference本身不用修改
使用直接指針省去了一次指針定位的時(shí)間開銷，速度更快，由于Java中對象的訪問相當(dāng)頻繁，所以效果可觀。
HotSpot使用直接指針的方式

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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