JVM1_初识JVM、JVM内存结构、程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区、StringTable字符串常量池垃圾回收、优化

引言

随着Java行业竞争越来越激烈，面试的难度也在不断的提升

初级程序员也是很有必要了解掌握JVM,简单说是为了应对面试，换句话说也是为了长远

学习JVM可以更好的理解一些底层的实现

自动拆箱、装箱
foreach怎么实现的
动态代理相关
…

开始

1简单介绍

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2学习路线

JVM内存结构
GC垃圾回收
字节码
类加载器
解释器、即时编译器

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3JVM内存结构

3.1程序计数器（物理实现为寄存器）

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作用：

Program Counter Register 记录下一条jvm指令的执行地址

原理：

Java源代码经编译之后，变成二进制字节码（对应为jvm指令），然后jvm将指令经过解释器解释为机器码，最后CPU执行

特点：

线程私有：各个线程在时间片结束的时候，每个线程都有一个私有的程序计数器记录当前线程的执行位置
不会存在内存溢出

3.2虚拟机栈

栈-线程运行需要的内存空间（每个线程都会对应一个虚拟机栈）
栈帧-一个栈可以看做是多个栈帧组成，一个栈帧对应着一次方法的调用（每个方法运行时需要划分一个栈帧内存，形参、局部变量、返回地址，栈帧的大小由上述三者决定）
每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法

定义

Java Virtual Machine Stacks

演示栈帧

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问题辨析

垃圾回收是否涉及栈内存—》不涉及，方法结束会自动弹栈
栈内存分配越大越好吗—》不是，栈内存越大，线程数越少，因为每个线程都有一个虚拟机栈。可以通过虚拟机参数来指定 -Xss yoursize，Windows下根据虚拟内存来给定，其他操作系统下为1024kb
方法内的局部变量是否线程安全—》安全，变量是私有的。每个线程的虚拟机栈是私有的
- 判断一个变量是不是线程安全的，不仅需要判断是不是方法内的局部变量，还需要判断是否逃离方法的作用范围（形参、return，即是否别的线程能拿到该变量）

3.3栈内存溢出

原因

栈帧过多：栈帧（每一次方法的调用）过多，栈空间不足，如无终结递归
栈帧过大

案例一：找出CPU占用过多的代码

top:查看JVM虚拟机下的所有进程，找对对应线程的编号
ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 待查进程id:查看进程和该进程对应的多个线程，找出哪个线程占用的CPU过高
jstack 进程id :查看当前进程对应的全部线程的详细信息（需要注意将10进制转化为16进制进行比对查看），找出对应的代码位置

案例二：程序运行很长时间没有结果（可能多个线程发生死锁）

jstack 进程id:查看两线程之间是否发生死锁，找出对应代码的位置

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3.4本地方法栈

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在JVM调用本地方法的时候，会自动开辟的空间栈，Native Method Stacks

本地方法：由其他语言像c、c++编写的操作系统底层打交道的方法，像Object类的clone()方法，就是本地方法

3.5堆

Heap,前面的栈都是线程私有的，堆是线程共享的

通过new关键字，创建对象都会使用堆内存
它是线程共享的，堆中对象都要考虑线程安全问题
有垃圾回收机制

堆内存溢出问题

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虽然有垃圾回收机制，但是对象在使用中不被回收累计的情况下，也是会发生堆内存溢出的问题

堆内存诊断

jps工具：查看当前系统中有哪些java进程
jmap工具：查看堆内存的占用情况，只能看某一时刻的
jconsole工具：图形化界面的，多功能的监测工具，可以连续监测，线程、cpu等

直接在控制台输入工具代码即可使用
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案例：垃圾回收后，程序仍然占用很高的内存

jvisualvm工具：可视化虚拟机工具

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3.6方法区

方法区特点

所有JVM线程共享的区域（类似堆是线程共享的）
存储跟类结构相关的一些信息，像运行时常量池
- 像类的成员变量、成员方法、构造器方法的代码
- 方法数据、特殊方法（类的构造器）
方法区在JVM虚拟机启动的时候创建
方法区逻辑上是堆得概念（可以被看做JVM假的堆）,但是JVM厂商在实现的时候不一定，
- 在JVM堆内物理实现—》JDK1.8之前，永久代 PermGen space
- 在操作系统也就是JVM之外物理实现—》JDK1.8之后，元空间 Metaspace
内存也是会溢出的

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方法区内存溢出的现象

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运行时常量池

二进制字节码.Class(包括类基本信息、常量池、类方法定义、虚拟机指令）
可以通过 javap -v 字节码文件 反编译为我们能读懂的信息,JVM主要根据 #数字 去常量池中找一些静态变量等的相关信息
常量池：就是一张表存在.class字节码文件中，给JVM指令提供一些常量符号，便于查找，要执行的类名、方法名、参数类型、字面量等
运行时常量池：常量池是.class文件中的，当该类被加载时，他的常量池信息就会放入运行时常量池，并把里面的符号地址变为真实的地址(就是放进运行时真实的内存，将真实地址对应起来）

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3.7StringTable字符串常量池

Java课堂篇9_String、StringBuilder、StringBuffer简单理解

字符串常量池StringTable 和常量池、运行时常量池的联系

StringTable的数据结构为HashTable结构，JVM刚启动的时候为空状态
JVM启动之后，方法区常量池的信息，都会被加载到运行时常量池中，这时代码中的String str = "a"中的a还是常量池中的符号，还没变成java对象
JVM执行完方法区中的JVM创建该变量的虚拟机指令后，会把 符号a 变为字符串对象a,然后去找StringTable中是否存在对象a
- 不存在：直接将字符串对象 a对象放入字符串常量池
- 存在：直接指向字符串常量池中的对象

举栗1

String s1 = "a";
String s2 = "b";
String s3 = "ab";
String s4 = s1 + s2; //----> new StringBuilder().append("a").append("b").toString()

//而StringBuilder的toString() 方法----》new String("ab");

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举栗2

String s3 = "ab";
String s5 = "a" + "b";

// s3 和 s5 引用的为一个字符串常量池中的对象 "ab"

原理是javac在编译器的优化,结果已经在编译器间确定 "a" + "b"为 "ab"

StringTable字符串常量池的特性

常量池中的字符串仅仅是符号，第一次用到才变为对象
利用串池的机制，来会面重复创建字符串对象
字符串变量拼接的原理是StringBuilder（1.8）
字符串常量拼接的原理是编译器优化
可以使用intern方法，主动将串池中还没有的字符串对象放入串池

JDK1.8之后，直接入池，本身直接从堆指向池子

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对比（注意这是1.8之后的环境）
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JDK1.8之前，intern(）方法会创建一个副本入池，本身还是指向堆区，

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对比

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面试题

3.8StringTable的位置

JDK1.6的时候，StringTable字符串常量池在永久代方法区的常量池中，但是大量的字符串常量会导致永久代的内存不足

JDK1.7及以后，StringTable字符串常量池挪到了堆中，便于垃圾回收

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3.9StringTable的垃圾回收机制

当内存空间不足的时候，字符串常量池中的常量也会被垃圾回收

3.10StringTable的性能调优

数据结构为hash表，数组挂链表

当hash桶的个数较多时，冲突少，查找速度较快
当hash桶的个数较少时，冲突多，查找速度较慢

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现实场景：可以将内存中的字符串对象考虑是否入池，如果内存中有大量的重复的字符串对象，可以入池减轻内部的压力