JVM虛擬機整體結(jié)構(gòu)與對象內(nèi)存分配解析
JVM虛擬機整體結(jié)構(gòu)解析
整體結(jié)構(gòu)介紹
- jvm整體分為:
- -棧方法區(qū)堆本地方法棧程序計數(shù)器
棧 Stack
棧是JVM重要的組成部分，每有一個新的線程都JVM都會為其在棧上分配一份內(nèi)存，線程里有棧幀，程序計數(shù)器。另外線程棧內(nèi)存大小決定的線程數(shù)量的多少，當(dāng)線程棧內(nèi)存大小設(shè)置的越大，則同時存在的線程數(shù)量越少，反則越大。另外在棧中最容易發(fā)生的錯誤是StackOverflowError 棧溢出，看以下代碼:
- public class StackOverflowTest {
- static int count = 0;
- static void redo() {
- count++;
- redo();
- }
- public static void main(String[] args) {
- try {
- redo();
- } catch (Throwable t) {
- t.printStackTrace();
- System.out.println(count);
- }
- }
- }
- 運行結(jié)果：
- java.lang.StackOverflowError
參數(shù)影響: -Xss 256KB(默認(rèn)1M) 設(shè)置棧大小 棧的大小會影響count 的次數(shù),-Xss設(shè)置的大小越大,count的次數(shù)也就越大,反之亦然.
棧幀結(jié)構(gòu)組成
局部變量表:主要用來保存聲明的局部變量以及方法的參數(shù)信息,局部變量表作用于為當(dāng)前方法，當(dāng)方法執(zhí)行完成后，局部變量表也會隨之刪除，釋放內(nèi)存。另外局部變量表里用來保存信息的叫做變量槽(slot)
操作數(shù)棧：顧名思義，操作數(shù)棧其本質(zhì)就是個棧，壓棧，出棧兩個操作，例如執(zhí)行a+b，先將局部變量表中的a與b分別壓入棧中，接著執(zhí)行加法操作，最終出棧。
動態(tài)鏈接:是在程序運行期間完成的將符號引用替換為直接引用叫動態(tài)鏈接，既然有動態(tài)鏈接那么自然也有靜態(tài)鏈接，部分符號引用在類加載階段(解析)的時候就轉(zhuǎn)化為直接引用,這種轉(zhuǎn)化為靜態(tài)鏈接。
方法返回地址:在方法退出(正常執(zhí)行/異常返回)后，返回方法被調(diào)用的位置。
棧結(jié)構(gòu)圖
程序計數(shù)器(Program Counter Register)
程序計數(shù)器也叫PC寄存器是JVM非常重要的一個結(jié)構(gòu)，是線程私有的，每個線程獨有一份，它用來保存指向下一條將被執(zhí)行指令的地址，例如當(dāng)線程被阻塞再進行喚醒時，從程序計數(shù)器讀取指令的地址，從而繼續(xù)執(zhí)行。
本地方法棧 Native Method Stack
本地方法棧主要是為了執(zhí)行native方法，保存native方法進入?yún)^(qū)域的地址，所以本地方法棧也是線程私有的內(nèi)存區(qū)域。
方法區(qū) Method Area(元空間 Meta Space)
被所有的線程共享。方法區(qū)包含所有的class和static變量，類的方法代碼，變量名，方法名，訪問權(quán)限，返回值,以及我們經(jīng)常說的常量池與運行時常量池都是在方法區(qū)的。
堆 Heap
堆是非常重要的一個區(qū)域，管理著幾乎(不是所有)所有的對象，我們常說的垃圾回收的主要區(qū)域就是發(fā)生在這個區(qū)域。堆分為新生代(young)與老年代(Old)，新生代又分為Eden與survivor區(qū)，survivor分為From區(qū)與To區(qū)。這幾個區(qū)存放著java的對象，當(dāng)區(qū)內(nèi)存不夠的時候會發(fā)生GC，GC主要分為兩種，一種是minorGC(Young GC)，另一種是Full GC，JVM調(diào)優(yōu)主要根據(jù)代碼調(diào)節(jié)JVM參數(shù),從而減少Full GC的次數(shù)。
堆結(jié)構(gòu)示意圖
逃逸分析
首先大家聽得最多的就是new 出來對象是存放在堆中的，但是在上文中，所寫的是幾乎對象是存在堆中，那么為什么是幾乎呢，因為有的對象是存放在棧中的，是不是很不可思議，接下來來看下一段代碼。
- // 方法一
- public Person test1() {
- Person person = new Person();
- person.setId(1);
- return person;
- }
- // 方法二
- public void test2() {
- User person = new person();
- person.setId(1);
- }
上述代碼中很顯然test1方法中的personr對象被返回了，那么這個對象就可能被其他方法進行引用，test2方法中的personr對象，當(dāng)方法結(jié)束的時候，該對象就是一個無效對象了，不會在其他地方被進行引用，對于這樣的對象，JVM將其分配的棧內(nèi)存里，讓其在方法結(jié)束時跟隨棧內(nèi)存一起被回收掉，減少堆內(nèi)存的回收。 JVM對于這種情況可以通過開啟逃逸分析參數(shù)(-XX:+DoEscapeAnalysis)來優(yōu)化對象內(nèi)存分配位置，JDK7之后默認(rèn)開啟逃逸分析，如果要關(guān)閉使用參數(shù)(-XX:-DoEscapeAnalysis)
對象內(nèi)存分配
對象內(nèi)存分配流程圖
對象棧上分配
并不是所有對象都分配在內(nèi)存,有的對象會被分配到棧上,JVM對于這種情況可以通過開啟逃逸分析參數(shù)(-XX:+DoEscapeAnalysis)來優(yōu)化對象內(nèi)存分配位置，使其通過標(biāo)量替換優(yōu) 先分配在棧上(棧上分配)，JDK7之后默認(rèn)開啟逃逸分析，如果要關(guān)閉使用參數(shù)(-XX:-DoEscapeAnalysis)
標(biāo)量替換： 通過逃逸分析確定該對象不會被外部訪問，并且對象可以被進一步分解時，JVM不會創(chuàng)建該對象，而是將該 對象成員變量分解若干個被這個方法使用的成員變量所代替，這些代替的成員變量在棧幀或寄存器上分配空間，這樣就 不會因為沒有一大塊連續(xù)空間導(dǎo)致對象內(nèi)存不夠分配。
開啟標(biāo)量替換參數(shù)(-XX:+EliminateAllocations)，JDK7之后默認(rèn) 開啟。
標(biāo)量與聚合量： 標(biāo)量即不可被進一步分解的量,也可以說是原子量,不可再分解,而JAVA的基本數(shù)據(jù)類型就是標(biāo)量(如：int，long等基本數(shù)據(jù)類型以及 reference類型等)，標(biāo)量的對立就是可以被進一步分解的量，而這種量稱之為聚合量。而在JAVA中對象就是可以被進一 步分解的聚合量
結(jié)論：棧上分配依賴于逃逸分析和標(biāo)量替換
對象在Eden區(qū)分配
當(dāng)對象剛被創(chuàng)建的時候會被分配在eden區(qū)，eden區(qū)滿了后會觸發(fā)minor gc，可能會有99%以上的對象成為垃圾被回收掉，剩余存活 的對象會被挪到為空的那塊survivor區(qū)，下一次eden區(qū)滿了后又會觸發(fā)minor gc，把eden區(qū)和survivor區(qū)垃圾對象回收，把剩余存活的對象一次性挪動到另外一塊為空的survivor區(qū)，因為新生代的對象都是生命值很短的，存活時間很短，所以JVM默認(rèn)的8:1:1的比例是非常合理的一個比例值，因此我們呢應(yīng)該讓eden區(qū)盡量的大，survivor區(qū)夠用即可，
JVM默認(rèn)有這個參數(shù)-XX:+UseAdaptiveSizePolicy(默認(rèn)開啟)，會導(dǎo)致這個8:1:1比例自動變化.
如果不想這個比例有變 化可以設(shè)置參數(shù)
-XX:-UseAdaptiveSizePolicy
當(dāng)Eden區(qū)內(nèi)存不夠用了會出現(xiàn)聲明狀況?
如果因為給新對象分配內(nèi)存的時候eden區(qū)內(nèi)存幾乎已經(jīng)被分配完了，bane當(dāng)Eden區(qū)沒有足夠空間進行分配時，虛擬機將發(fā)起一次Minor GC，GC期間虛擬機又發(fā)現(xiàn)新對象無法存入Survior空間，所以只好把新生代的對象提前轉(zhuǎn)移到老年代中去，老年代上的空間足夠存放新對象，所以不會出現(xiàn)Full GC。執(zhí)行Minor GC后，后面分配的對象如果能夠存在eden區(qū)的話，還是會在eden區(qū)分配內(nèi)存。
大對象直接進入老年代
大對象就是需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的對象(比如：字符串、數(shù)組)。JVM參數(shù)
-XX:PretenureSizeThreshold 可以設(shè)置大 對象的大小，如果對象超過設(shè)置大小會直接進入老年代，不會進入年輕代，這個參數(shù)只在 Serial 和ParNew兩個收集器下 有效(關(guān)于收集器日后再講)。
比如設(shè)置JVM參數(shù)：
-XX:PretenureSizeThreshold=1000000 (單位是字節(jié)) -XX:+UseSerialGC ，再執(zhí)行下帶有大對象的程序會發(fā)現(xiàn)大對象直接進了老年代
這樣做的好處?
為了避免為大對象分配內(nèi)存時的復(fù)制操作而降低效率。
長期存活的對象將進入老年代
既然虛擬機采用了分代收集的思想來管理內(nèi)存，那么內(nèi)存回收時就必須能識別哪些對象應(yīng)放在新生代，哪些對象應(yīng)放在 老年代中。為了做到這一點，虛擬機給每個對象一個對象年齡(Age)計數(shù)器。 如果對象在 Eden 出生并經(jīng)過第一次 Minor GC 后仍然能夠存活，并且能被 Survivor 容納的話，將被移動到 Survivor 空間中，并將對象年齡設(shè)為1。對象在 Survivor 中每熬過一次 MinorGC，年齡就增加1歲，當(dāng)它的年齡增加到一定程度(默認(rèn)為15歲，CMS收集器默認(rèn)6歲，不同的垃圾收集器會略微有點不同)，就會被晉升到老年代中。對象晉升到老年代
的年齡閾值.
JVM參數(shù)設(shè)置 -XX:MaxTenuringThreshold 。
對象動態(tài)年齡判斷
當(dāng)前放對象的Survivor區(qū)域里(其中一塊區(qū)域，放對象的那塊s區(qū))，一批對象的總大小大于這塊Survivor區(qū)域內(nèi)存大小的
50%(-XX:TargetSurvivorRatio可以指定)，那么此時大于等于這批對象年齡最大值的對象，就可以直接進入老年代了，
例如Survivor區(qū)域里現(xiàn)在有一批對象，年齡1+年齡2+年齡n的多個年齡對象總和超過了Survivor區(qū)域的50%，此時就會
把年齡n(含)以上的對象都放入老年代。這個規(guī)則其實是希望那些可能是長期存活的對象，盡早進入老年代。對象動態(tài)年
齡判斷機制一般是在minor gc之后觸發(fā)的。
老年代空間分配擔(dān)保機制
年輕代每次minor gc之前JVM都會計算下老年代剩余可用空間 如果這個可用空間小于年輕代里現(xiàn)有的所有對象大小之和(包括垃圾對象) 就會看一個“
-XX:-HandlePromotionFailure”(jdk1.8默認(rèn)就設(shè)置了)的參數(shù)是否設(shè)置了 如果有這個參數(shù)，就會看看老年代的可用內(nèi)存大小，是否大于之前每一次minor gc后進入老年代的對象的平均大小。 如果上一步結(jié)果是小于或者之前說的參數(shù)沒有設(shè)置，那么就會觸發(fā)一次Full gc，對老年代和年輕代一起回收一次垃圾, 如果回收完還是沒有足夠空間存放新的對象就會發(fā)生"OOM" 當(dāng)然，如果minor gc之后剩余存活的需要挪動到老年代的對象大小還是大于老年代可用空間，那么也會觸發(fā)full gc，full gc完之后如果還是沒有空間放minor gc之后的存活對象，則也會發(fā)生“OOM.
總結(jié)
- 運行時數(shù)據(jù)區(qū)主要由堆、棧、程序計數(shù)器、方法區(qū)、本地方法棧
- 線程私有的區(qū)域:線程棧、程序計數(shù)器、本地方法棧，線程共享的區(qū)域:堆、方法區(qū)。
- 堆分為細(xì)分為新生代(Eden、survivor(From、To)默認(rèn)比例8:1:1)、老年代
- 對象不全都是在堆中，經(jīng)過發(fā)生逃逸符合條件的對象在棧中
- JVM整體結(jié)構(gòu)圖如下
