最简单的JVM内存结构图

JVM内存结构图

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大家好，好几天没有更新了，今天的内容有点多，我们详细介绍下JVM内部结构图，还是和之前一样，案例先行，方便大家理解记忆。

/**
 * @author ：jiaolian
 * @date ：Created in 2021-03-10 21:28
 * @description：helloworld测试jvm内存区域
 * @modified By：
 * 公众号:叫练
 */
public class HelloWorldTest {

    public static void main(String[] args) {
        //新建HelloWorldTest对象;
        HelloWorldTest helloWorldTest = new HelloWorldTest();
        //新建2个线程调用sayHello
        for (int i=0; i<2; i++) {
            new Thread(()->helloWorldTest.sayHello("world")).start();
        }
    }

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

如上代码：在主线程中for循环新建2个线程调用sayHello，最后两个线程分别对世界问好！这段代码比较好理解，就不贴输出结果了。我们编写并运行了这段代码，我们主要看看这段代码在JVM中是怎么运作的。

首先，我们编写一个HelloWorldTest.Java文件，经过javac编译会转化成字节码HelloWorldTest.class，为什么要转化成字节码呢？因为Java虚拟机能识别！最后由类加载子系统ClassLoader将字节码装载到内存。每块内存各有自己的作用，最后由执行引擎来执行字节码。下面我们重点介绍下各块内存发挥的作用！

 

方法区

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方法区主要装一些静态信息，比如：类元数据，常量池，方法信息，类变量等。如上代码HelloWorldTest.class是类元数据，sayHello，main都是方法信息等都是放在方法区存储的。方法区中还需要注意两点：

1. 如果方法区太大，超过设置，会报OutOfMemoryError:PermGen space错误。gclib工具可以动态生成类测试该错误。
2. 在JDK1.7以前，方法区叫永久代，而1.8之后叫元空间。原因是JDK1.8为了释放管理压力，把运行时常量池交给堆去管理。

 

堆

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堆中主要存放实例对象。你可以这么理解，只要看到用关键字new的对象，数据都放在堆中。如上代码HelloWorldTest helloWorldTest = new HelloWorldTest()；helloWorldTest是HelloWorldTest对象的引用，指向new出来的HelloWorldTest对象实例，helloWorldTest引用是放在栈中的，也叫局部变量（方法内申明的对象类型或普通类型），我们简单画图来表示下堆，栈，方法区关系。当JVM执行了HelloWorldTest helloWorldTest = new HelloWorldTest()；这句话，JVM内存结构看起来是这样的。如果指向对象引用消失，对象会被GC回收。

在堆内存中，内存需要划分成两块区域，新生代和老年代。如下图所示。

1. 新生代：在堆内存中，新生代又分为三块，eden（伊甸园创建新生命，对应new对象），from，to，这三块内存区域都属于新生代，默认比例是8：1：1，每次new对象都会先存储到eden中，如果eden区域内存满了，会触发monitor gc回收该区域，还未回收的对象会放入from或者to，from，to内存其中一块是空的，方便对象在内存中整理标记，每GC一次，from，to两块空间对象每移动一次，还未回收的对象年纪也会增加1，到达一定年纪（默认是15岁），就会进入老年代了。
2. 老年代：当老年代满了，会触发Full GC回收，如果系统太大，Full GC都回收不了，程序会出现类似java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space，我们可以通过配置JVM参数：如-Xmx32m 设置最大堆内存为32M。

对堆分块原因是方便JVM自动处理垃圾回收。堆内存是GC回收的主要区域。

 

 

栈

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栈内存空间相对于堆空间比较小，也属于线程私有，栈中主要是一堆栈帧，是先进后出的，理解起来栈帧对应就是一个方法，方法中包含局部变量，方法参数，还有方法出口，访问常量指针，和异常信息表，其中异常信息表和常量指针信息我们在方法体中可能看不出来，但通过工具Jclasslib工具类在反编译class文件可以体现出来，异常信息表可以处理当程序执行报错，会跳转到具体哪行代码执行，JVM中就是通过异常表反馈的。我们还是结合例子和图来详细分析下。当程序运行时，JVM中栈可能如下图呈现状态。

    

一个线程可能对应多个栈帧，栈帧都是从上往下压入，先进后出，如下图所示，在方法A中调用方法B，在方法B中调用C，在方法C中调用方法D，主线程对应栈帧的压栈情况，出栈顺序是D->C->B->A，最终程序结束。另外还需注意：操作数栈的意思是存储局部变量计算的中间结果，比如在方法A中定义int x = 1；在JVM中会将局部变量入操作数栈用来之后的计算。栈也是有空间大小的，如果栈太大，超过栈深度，会类似报错，java.lang.OutOfMemoryError: Java stack space，最常见的例子就是递归了。你会写demo测试递归例子吗？

 

 

程序计数器

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程序计数器也是线程独享的，多线程执行程序依赖于CPU分配时间片执行，画个简单的图，看看多线程怎么利用CPU时间片的。如下图，线程0和线程1分配cpu时间片交替执行程序，假设此时线程0先获取到了时间片，时间片用完后CPU会将时间片再分配给线程1，线程1执行完毕后，此时，时间片又回到线程0来执行，那么问题来了，线程0上次执行到哪儿了呢？具体是代码的多少行了呢，该行代码有没有执行完毕？此时程序计数器就发挥作用了，程序计数器保存了线程的执行现场，方便下次恢复运行。这也是为什么程序计数器是线程独享的原因。

 

 

本地方法栈

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本地方法栈就不过多介绍了，和栈结构一样，是一块独立的区域，只是对应的是native方法。

 

直接内存

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直接内存独立于JVM内存之外的内存，可以直接和NIO接口交互，NIO接口会频繁操作内存，如果放在JVM管理，无疑会增加JVM开销，所以单独将这块提出来，而且直接内存操作数据相比较JVM更快，显而易见提升了程序性能。

 

 

内存分配性能优化-逃逸分析

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我们之前说过，只要是看到关键字new，对象分配肯定在堆上，下面我们来看一个案例。

/**
 * @author ：jiaolian
 * @date ：Created in 2021-03-10 16:10
 * @description：逃逸分析测试
 * @modified By：
 * 公众号:叫练
 */
public class EscapeTest {

    //private static Object object;
    public static void alloc() {
        //一个对象相当于16k大小，非逃逸对象
        //object = new Object();
        Object object = new Object();
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //亿次内存
        long begin=System.currentTimeMillis();
        for (int i=0; i<10000000; i++) {
            alloc();
        }
        long end=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("time:"+(end-begin));
    }
}

如上代码，我们在主函数里面通过for循环1亿次来new Object，一个object为16k，大致估算下有GB数据了，此时我们手动配置JVM参数，-XX:+PrintGC -Xmx10M -XX:+DoEscapeAnalysis；设置打印GC信息，默认最大的堆内存是10M。

1. -XX:+PrintGC。表示控制台打印GC信息。
2. -Xmx10M。设置最大的堆内存为10M。
3. -XX:+DoEscapeAnalysis。 开启逃逸分析（默认开启）。

执行程序，打印结果如下图所示。一共进行了3次GC，你可能有疑问？10M堆内存需要容纳GB数据冲击，怎么也需要N次GC，为什么只有3次GC？如果设置-XX:-DoEscapeAnalysis关闭逃逸分析，GC可能会出现上千次。运行时间也从3毫秒增至1000毫秒以上。说明了非逃逸对象没有新建的堆上，而是建在栈上了。这样做的好处：从程序GC执行次数和执行时间上来看，程序运行效率提高了。

• 原因分析：

观察我们上述案例代码中alloc()方法，方法中Object object = new Object()；object是一个局部变量，每次新建后到下一次循环再新建，上一次新建的对象就会出栈，object引用指向的对象就会失效，失效的对象就会被GC回收了。开启逃逸分析后，new Object()创建的对象就不在堆上分配空间了，而放到了栈上。这就是JVM通过逃逸分析对内存的优化。思考下，如果将private static Object object；注释放开，object还会是非逃逸对象吗？

注意：逃逸对象不能在栈上分配空间！

相信到这里你已经对逃逸分析应该有一个比较清晰的认识了。

 

总结

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好了，写的有点累了，写的不全同时还有许多需要修正的地方，希望亲们加以指正和点评，喜欢的请点赞加关注哦。点关注，不迷路，我是【叫练】公众号，微信号【jiaolian123abc】边叫边练。