JVM之本地方法栈和程序计数器和堆

本地方法栈

本地方法栈是为虚拟机执行本地方法时提供服务的

JNI：Java Native Interface，通过使用 Java 本地接口程序，可以确保代码在不同的平台上方便移植

• 不需要进行 GC，与虚拟机栈类似，也是线程私有的，有 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 异常

• 虚拟机栈执行的是 Java 方法，在 HotSpot JVM 中，直接将本地方法栈和虚拟机栈合二为一

• 本地方法一般是由其他语言编写，并且被编译为基于本机硬件和操作系统的程序

• 当某个线程调用一个本地方法时，就进入了不再受虚拟机限制的世界，和虚拟机拥有同样的权限

  • 本地方法可以通过本地方法接口来访问虚拟机内部的运行时数据区

  • 直接从本地内存的堆中分配任意数量的内存

  • 可以直接使用本地处理器中的寄存器

原理：将本地的 C 函数（如 foo）编译到一个共享库（foo.so）中，当正在运行的 Java 程序调用 foo 时，Java 解释器利用 dlopen 接口动态链接和加载 foo.so 后再调用该函数

• dlopen 函数：Linux 系统加载和链接共享库

• dlclose 函数：卸载共享库

程序计数器

Program Counter Register 程序计数器（物理上由寄存器实现）

作用：内部保存字节码的行号，用于记录正在执行的字节码指令地址（如果正在执行的是本地方法则为空）

原理：

• JVM 对于多线程是通过线程轮流切换并且分配线程执行时间，一个处理器只会处理执行一个线程

• 切换线程需要从程序计数器中来回去到当前的线程上一次执行的行号

特点：

• 是线程私有的

• 不会存在内存溢出，是 JVM 规范中唯一一个不出现 OOM 的区域，所以这个空间不会进行 GC

Java 反编译指令：javap -v Test.class

#20：代表去 Constant pool 查看该地址的指令

0: getstatic #20        // PrintStream out = System.out;
3: astore_1             // --
4: aload_1              // out.println(1);
5: iconst_1             // --
6: invokevirtual #26    // --
9: aload_1              // out.println(2);
10: iconst_2            // --
11: invokevirtual #26   // --

堆

Heap 堆：是 JVM 内存中最大的一块，由所有线程共享，由垃圾回收器管理的主要区域，堆中对象大部分都需要考虑线程安全的问题

设置堆内存大小:-Xmx

存放哪些资源：

• 对象实例：类初始化生成的对象，基本数据类型的数组也是对象实例，new 创建对象都使用堆内存

• 字符串常量池(底层为hashtable结构,不能扩容)：

  • 字符串常量池原本存放于方法区，JDK7 开始放置于堆中

  • 字符串常量池存储的是 String 对象的直接引用或者对象，是一张 string table

• 静态变量：静态变量是有 static 修饰的变量，JDK8 时从方法区迁移至堆中

• 线程分配缓冲区 Thread Local Allocation Buffer：线程私有但不影响堆的共性，可以提升对象分配的效率

设置堆内存指令：-Xmx Size

内存溢出：new 出对象，循环添加字符数据，当堆中没有内存空间可分配给实例，也无法再扩展时，就会抛出 OutOfMemoryError 异常

堆内存诊断工具：（控制台命令）

1. jps：查看当前系统中有哪些 Java 进程

2. jmap：查看堆内存占用情况 jhsdb jmap --heap --pid 进程id

3. jconsole：图形界面的，多功能的监测工具，可以连续监测

在 Java7 中堆内会存在年轻代、老年代和方法区（永久代）：

• Young 区被划分为三部分，Eden 区和两个大小严格相同的 Survivor 区。Survivor 区某一时刻只有其中一个是被使用的，另外一个留做垃圾回收时复制对象。在 Eden 区变满的时候，GC 就会将存活的对象移到空闲的 Survivor 区间中，根据 JVM 的策略，在经过几次垃圾回收后，仍然存活于 Survivor 的对象将被移动到 Tenured 区间

• Tenured 区主要保存生命周期长的对象，一般是一些老的对象，当一些对象在 Young 复制转移一定的次数以后，对象就会被转移到 Tenured 区

• Perm 代主要保存 Class、ClassLoader、静态变量、常量、编译后的代码，在 Java7 中堆内方法区会受到 GC 的管理

分代原因：不同对象的生命周期不同，70%-99% 的对象都是临时对象，优化 GC 性能

public static void main(String[] args) {
    // 返回Java虚拟机中的堆内存总量
    long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024;
    // 返回Java虚拟机使用的最大堆内存量
    long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024;
    
    System.out.println("-Xms : " + initialMemory + "M");//-Xms : 245M
    System.out.println("-Xmx : " + maxMemory + "M");//-Xmx : 3641M
}