对于 Java 程序员来说, 在 JVM 自动内存管理机制的帮助下, 不再需要为每一个 new 操作去写对应的 delete/free 代码, 不容易出现内存泄露和内存溢出的问题. 不过正因如此, 如果不了解虚拟机是怎样使用内存的, 一旦出现内存泄露和内存溢出的问题, 那么排查错误将会非常艰难.
一. 内存区域
虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它管理的内存划分为若干个不同的数据区域, 这些区域各司其职
1. 线程私有
下面这 3 个区域都是线程私有的区域, 每个线程独占一份
(1)程序计数器
当前线程所执行的字节码的行号指示器
通过改变计数器的值来选取下一条执行的字节码指令
帮助完成分支, 循环, 跳转, 异常处理, 线程恢复等基础功能
多线程环境中, 为了正常完成线程的切换, 使得各个线程能恢复到正确的执行位置, 因此每条线程都需要一个程序计数器
唯一一个不会出现 OutOfMemoryError 情况的区域
(2)虚拟机栈
每个方法执行时都会创建一个栈帧, 当方法被调用, 栈帧入栈, 方法执行完成, 出栈
每个栈帧存储局部变量表, 操作栈, 动态链接, 方法出口等
局部变量表存储了当前方法的局部变量, 包括基本数据类型, 对象引用 (指针) 以及 returnAddress 类型(指向一条字节码指令的地址)
可能出现的两种异常: StackOverflowError: 栈溢出, 线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度
OutOfMemoryError: 内存溢出, 如果虚拟机栈可以动态扩展, 那么如果扩展时无法申请到足够的内存, 则抛出异常
(3)本地方法栈
作用, 运行机制, 异常类型等与虚拟机栈相同
为 native 方法服务
很多虚拟机中, 本地方法栈和虚拟机栈合二为一
2. 线程共享
下面两个为线程共享的区域
(4)堆
虚拟机管理的内存中最大的一块
存放对象实例
垃圾回收器管理的主要区域, 也被称为 GC 堆, 并因此可以细分为新生代和老年代
可以处于不连续的空间中
当没有内存完成实例分配, 堆也无法扩展时, 抛出 OutOfMemoryError
(5)方法区
存储已被虚拟机加载的类信息, 常量, 静态变量, 即时编译器编译后的代码等
垃圾回收行为在这个区域很少出现, 因此也被称作为 "永久代"
值得注意的是, 从 Java 8 开始, 方法区被移除, 取而代之的是一个叫元空间 (Metaspace) 的区域
(6)运行时常量池
Java 6 及之前属于方法区的一部分; Java 7 后被移入堆区域
存放编译器生产的各种字面量和符号引用, 在类加载时期存入运行时常量池
二. 了解 Java 对象
1. 对象的创建
对象的创建过程中有以下几大步骤:
(1)类加载检查
当虚拟机遇到一个 new 指令, 说明要创建对象了; 但在创建对象之前, 会先去检查这个类是否已经加载过, 解析和初始化过, 如果没有, 则先执行类加载过程
(2)分配内存
在堆中划分出一块确定大小的内存, 分配方式有两种
分配方法:
指针碰撞: 使用这种方法, 堆内存必须是规整的(用过的放一边, 空闲的放一边), 然后中间放一个指针作为分界点. 分配内存时只需要将指针挪一段与对象大小相等的距离即可
空闲列表: 如果堆内存不规整, 就只能使用空闲列表法了. JVM 维护一个列表来记录内存块的使用情况; 分配时找到一块足够大的空间划分给对象然后更新表记录即可
保证线程安全:
为了保证线程安全, 避免同一块区域同时分配给多个对象, 通常使用两种方法
CAS: 每当要写入数据时, 先比较当前值 (工作内存) 与主内存中的值是否一致, 是则进行写入, 否则重新获取值
TLAB: 每个线程预先分配一小块内存, 称为本地线程分配缓冲(TLAB); 如果某个线程的 TLAB 用完, 需要分配新的 TLAB, 这些则需要进行同步锁定
(3)初始化零值
将分配到的内存空间都初始化为零值; 这样可以使得对象在代码中不赋初始值就直接使用
- public class Person {
- int age;
- public static void main(String[] args) {
- Person person = new Person();
- System.out.println(person.age);
- }
- }
类似这样的情况, age 被默认赋值为 0
(4)设置对象头
将类的自身运行时数据 (HashCode,GC 分代年龄, 锁状态标志等); 类型指针(指向类元数据, 确定是哪个类的实例) 存放在对象头中
(5)执行 init 方法
前面几步完成后, 对于虚拟机, 一个新对象已经产生了, 但对于 java 程序, 需要执行 init 方法后, 一个真正的对象才完全产生出来
二. 对象的内存布局
堆里面存放的是对象实例, 对象实例由三个部分组成
对象头: 存储自身运行时数据(HashCode,GC 分代年龄, 锁状态标志等); 类型指针, 指向类元数据(确定是哪个类的实例)
实例变量: 记录对象的各种属性数据信息
填充数据: 用于对齐字节(JVM 对对象起始地址的字节数有要求, 是 8 字节的整数倍
来源: https://juejin.im/post/5c678a9e518825620b451076