快捷導(dǎo)航

詳解JVM系列之內(nèi)存模型

更新時間：2021年06月10日 10:50:33 作者：smileNicky

JVM是一種用于計算設(shè)備的規(guī)范，它是一個虛構(gòu)出來的機器，是通過在實際的計算機上仿真模擬各種功能實現(xiàn)的。JVM的內(nèi)存區(qū)域可以被分為：線程、棧、堆、靜態(tài)方法區(qū)。本文將介紹JVM的內(nèi)存模型，感興趣的小伙伴，可以參考下

1. 內(nèi)存模型和運行時數(shù)據(jù)區(qū)

這一章學(xué)習(xí)java虛擬機內(nèi)存模型（Java Virtual machine menory model），可以這樣理解，jvm運行時數(shù)據(jù)庫是一種規(guī)范，而JVM內(nèi)存模型是對改規(guī)范的實現(xiàn)

java虛擬機重點存儲數(shù)據(jù)的是堆和方法區(qū)，所以本章節(jié)也重點從這兩個方面進行比較詳細描述。堆和方法區(qū)是內(nèi)存共享的，而java虛擬機棧、Native方法棧、程序計數(shù)器是線程私有的

2、思維導(dǎo)圖和圖例

一個是非堆區(qū)（方法區(qū)），方法區(qū)也一般被稱之為“永久代”。另外一個是堆區(qū)，分為young區(qū)和old區(qū)，young區(qū)又分為兩個部分，一個是Eden區(qū)，一個是Survivor區(qū)（S0+S1），S0區(qū)也可以稱之From區(qū)，S1也可以稱之為To區(qū)

3、對象向JVM申請空間

4、為什么需要Survivor區(qū)?

為什么需要Survivor區(qū)?只有Eden不行嗎？

假設(shè)不設(shè)計出Survivor區(qū)，Eden區(qū)進行一次MinorGC，對象就直接被送到Old區(qū)，這樣一來Old區(qū)很快就被填滿，Old區(qū)一滿，就會進行FullGC（Old區(qū)會進行MajorGC，一般伴隨著MinorGC），F(xiàn)ullGC是很耗時的，所以設(shè)計出Survivor區(qū)的目的是減少對象被送到Old區(qū)，有一個過渡的Survivor區(qū)

補充：Minor GC:新生代
Major GC:老年代
Full GC:新生代+老年代
Eden:S1:S2是8:1:1

5、為什么需要兩個Survivor區(qū)?

需要兩個Survivor區(qū)的目的是為了避免內(nèi)存碎片化。為什么這么說？
假設(shè)只設(shè)計出一個Survivor區(qū)，一旦Eden區(qū)滿了，就會進行Minor GC，Eden區(qū)存活的對象就會被移動到Survivor區(qū)，等下一次Eden區(qū)滿時候，問題就來了，進行MinorGC就將Eden區(qū)對象硬放到Survivor區(qū)，這樣就導(dǎo)致了對象所占的內(nèi)存是不連續(xù)的

6、例子進行驗證

堆內(nèi)存溢出

import lombok.Data;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

@RestController
public class HeapController {

    List<Foo> list = new ArrayList<Foo>();
    @GetMapping(value = {"heap"})
    public String heapTest() {
        while (true) {
            list.add(new Foo());
        }
    }


    @Data
    class Foo {
        String str;
    }
}

訪問接口，出現(xiàn)內(nèi)存溢出；

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

...

可以設(shè)置參數(shù)：比如-Xms64M -Xmx512M

方法區(qū)內(nèi)存溢出

使用asm，maven配置：

<dependency>
  <groupId>asm</groupId>
  <artifactId>asm</artifactId>
  <version>3.3.1</version>
</dependency>

編寫代碼，向方法區(qū)中添加Class的信息，注意，電腦性能不夠好，不要執(zhí)行此代碼，很容易，造成電腦重啟，太吃內(nèi)存，也可以調(diào)小循環(huán)次數(shù)

import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class MyMetaspace extends ClassLoader {

  public static List<Class<?>> createClasses() {
    List<Class<?>> classes = new ArrayList<Class<?>>();
    for (int i = 0; i < 10000000; ++i) {
      ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
      cw.visit(Opcodes.V1_1, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null,
              "java/lang/Object", null);
      MethodVisitor mw = cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC, "<init>",
              "()V", null, null);
      mw.visitVarInsn(Opcodes.ALOAD, 0);
      mw.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESPECIAL, "java/lang/Object",
              "<init>", "()V");
      mw.visitInsn(Opcodes.RETURN);
      mw.visitMaxs(1, 1);
      mw.visitEnd();
      MyMetaspace test = new MyMetaspace();
      byte[] code = cw.toByteArray();
      Class<?> exampleClass = test.defineClass("Class" + i, code, 0,
              code.length);
      classes.add(exampleClass);
    }
    return classes;
  }
}

方法區(qū)測試接口：

import com.example.jvm.jvmexceptionexample.asm.MyMetaspace;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

@RestController
public class NonHeapController {

    List<Class<?>> list = new ArrayList<Class<?>>();

    @GetMapping(value = {"/noheap"})
    public String noheap() {
        while (true) {
            list.addAll(MyMetaspace.createClasses());
        }
    }

}

java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace

at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method) ~[na:1.8.5_54]

處理方法，設(shè)置Metaspace的大小，比如-XX:MetaspaceSize=64M -XX:MaxMetaspaceSize=512M

Java虛擬機棧

在前面學(xué)習(xí)，java虛擬機棧是通過棧幀方式存儲，一個方法對應(yīng)一個棧幀，按照隊列模式進棧，所以要測試程序?qū)е耲ava虛擬機棧出現(xiàn)問題，可以通過遞歸方法方式進行測試：

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class StackController {

    public static long count = 0;

    public static void add(long i) {
        count ++ ;
        add(i);
    }

    @GetMapping(value = {"stack"})
    public void stack() {
        add(1);
    }

}

StackOverflow，棧溢出異常：