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JVM - 内存分配

目录

JVM的简化架构和运行时数据区

JVM的简化架构

运行时数据区

PC寄存器

Java栈

Java堆

方法区

运行时常量池

本地方法栈

栈、堆、方法区交互关系

Java堆内存模型和分配

Java堆内存概述

Java堆的结构

对象的内存布局

对象的访问定位

Trace跟踪和Java堆的参数配置

Trace跟踪参数

GC日志格式

Java堆的参数

元空间的参数


  • JVM的简化架构和运行时数据区

  • JVM的简化架构

  • 运行时数据区

    • 包括:PC寄存器、Java虚拟机栈、Java堆、方法区、运行时常量池、本地方法栈等
  • PC寄存器

  • PC(Program Counter)寄存器说明:
    • (1)每个线程拥有一个PC寄存器,是线程私有的,用来存储指向下一条指令的地址
    • (2)在创建线程的时候,创建相应的PC寄存器
    • (3)执行本地方法时,PC寄存器的值为undefined
    • (4)是一块较小的内存空间,是唯一一个在JVM规范中没有规定OutOfMemoryError的内存区域
  • Java栈

  • 栈由一系列帧(Frame)组成(因此Java栈也叫做帧栈),是线程私有的
  • 帧用来保存一个方法的局部变量、操作数栈(Java没有寄存器,所有参数传递使用操作数栈)、常量池指针、动态链接、方法返回值等
  • 每一次方法调用创建一个帧,并压栈,退出方法的时候,修改栈顶指针就可以把栈帧中的内容销毁
  • 局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型和引用类型,每个slot存放32位的数据,long、double占两个槽位
  • 栈的优点:存取速度比堆快,仅次于寄存器
  • 栈的缺点:存在栈中的数据大小、生存期是在编译期决定的,缺乏灵活性
  • Java堆

  • 用来存放应用系统创建的对象和数组,所有线程共享Java堆
  • GC主要就管理堆空间,对分代GC来说,堆也是分代的
  • 堆的优点:运行期动态分配内存大小,自动进行垃圾回收;
  • 堆的缺点:效率相对较慢
  • 方法区

  • 方法区是线程共享的,通常用来保存装载的类的结构信息
  • 通常和元空间关联在一起,但具体的跟JVM实现和版本有关
  • JVM规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分,但它有一个别名称为Non-heap(非堆),应是为了与Java堆区分开
  • 运行时常量池

  • 是Class文件中每个类或接口的常量池表
  • 在运行期间的表示形式,通常包括:类的版本、字段、方法、接口等信息
  • 在方法区中分配
  • 通常在加载类和接口到JVM后,就创建相应的运行时常量池
  • 本地方法栈

  • 在JVM中用来支持native方法执行的栈就是本地方法栈
  • 栈、堆、方法区交互关系

  • Java堆内存模型和分配

  • Java堆内存概述

  • Java堆用来存放应用系统创建的对象和数组,所有线程共享Java堆
  • Java堆是在运行期动态分配内存大小,自动进行垃圾回收
  • Java垃圾回收(GC)主要就是回收堆内存,对分代GC来说,堆也是分代的
  • Java堆的结构

  • 新生代用来放新分配的对象
  • 新生代中经过垃圾回收,没有回收掉的对象,被复制到老年代
  • 老年代存储对象比新生代存储对象的年龄大得多
  • 老年代存储一些大对象
  • 整个堆大小 = 新生代 + 老年代
  • 新生代 = Eden + 存活区
  • 从前的持久代,用来存放Class、Method等元信息的区域,从JDK8开始去掉了,取而代之的是元空间(MetaSpace)
  • 元空间并不在虚拟机里面,而是直接使用本地内存
  • 对象的内存布局

  • 对象在内存中存储的布局(这里以HotSpot虚拟机为例来说明)
  • 分为:对象头、实例数据和对齐填充
  • 对象头,包含两个部分:
    • (1)Mark Word:存储对象自身的运行数据,如:
      • HashCode、GC分代年龄、锁状态标志等
    • (2)类型指针:对象指向它的类元数据的指针
  • 实例数据
    • 真正存放对象实例数据的地方
  • 对齐填充
  • 这部分不一定存在,也没有什么特别含义,仅仅是占位符
  • 因为HotSpot要求对象起始地址都是8字节的整数倍,如果不是,就对齐
  • 对象的访问定位

  • 在JVM规范中只规定了reference类型是一个指向对象的引用,但没有规定这个引用具体如何去定位、访问堆中对象的具体位置
  • 因此对象的访问方式取决于JVM的实现
  • 目前主流的有:使用句柄或使用指针两种方式
  • 使用句柄:
  • Java堆中会划分出一块内存来做为句柄池,reference中存储句柄的地址
  • 句柄中存储对象的实例数据和类元数据的地址,如下图所示:

  • 使用指针:
  • Java堆中会存放访问类元数据的地址
  • reference存储的就直接是对象的地址,如下图所示:

  • Trace跟踪和Java堆的参数配置

  • Trace跟踪参数

  • 可以打印GC的简要信息:-Xlog:gc
  • 打印GC详细信息:-Xlog:gc*
  • 指定GC log的位置,以文件输出:-Xlog:gc:garbage-collection.log
  • 每一次GC后,都打印堆信息:-Xlog:gc+heap=debug
  • GC日志格式

  • GC发生的时间,也就是JVM从启动以来经过的秒数
  • 日志级别信息,和日志类型标记
  • GC识别号
  • GC类型和说明GC的原因
  • 容量:GC前容量->GC后容量(该区域总容量)
  • GC持续时间,单位秒
  • 有的收集器会有更详细的描述,比如:user表示应用程序消耗的时间,sys表示系统内核消耗的时间、real表示操作从开始到结束的时间
  • Java堆的参数

  • Xms:初始堆大小,默认物理内存的1/64
  • Xmx:最大堆大小,默认物理内存的1/4
  • Xmn:新生代大小,默认整个堆的3/8
  • -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError:OOM时导出堆到文件
  • -XX:+HeapDumpPath:导出OOM的路径
  • -XX:OnOutOfMemoryError:在OOM时,执行一个脚本
  • -XX:NewRatio:老年代与新生代的比值
  • 如果xms=xmx,且设置了xmn的情况下,该参数不用设置
  • -XX:SurvivorRatio:Eden区和Survivor区的大小比值
  • 设置为8,则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:8,一个Survivor占整个新生的1/10
  • -Xss:通常只有几百K,决定了函数调用的深度
  • 元空间的参数

  • -XX:MetaspaceSize:初始空间大小
  • -XX:MaxMetaspaceSize:最大空间,默认是没有限制的
  • -XX:MinMetaspaceFreeRatio:在GC之后,最小的Metaspace剩余空间容量的百分比
  • -XX:MaxMetaspaceFreeRatio:在GC之后,最大的Metaspace剩余空间容量的百分比

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