JVM 学习笔记(一)

JVM ----Java Virtual Machine (熟称：JAVA虚拟机），JVM 在执行JAVA程序的过程中将内容划分为若干个区域，其有各自的用途和管理机制。如下图：

1. 程序计算器（Program Counter Register) -- 是当前线程所执行字节码的行号指示器，通过改变其值来实现执行不同的代码指令。内存占用小，线程私有，支持多线程处理（多线程时，每个线程有一个独立程序计算器，已达到各自互不影响），也正是由于这些特点，该区域是JVM规范中唯一没有规定任何OutOfMemoryError的区域。

2. JAVA 虚拟机栈（JVM Stack)

也是线程私有，和线程有相同的生命周期，是JAVA方法执行的内存模型，即：每个方法执行时，都会同时创建一个Stack Frame(栈帧）用于存储局部变量(8种基本数据类型、对象引用类型)、操作数栈、动态链接、方法出口信息。方法调用到执行完成的过程也是Stack Frame栈帧出、入JVM Stack的过程.

在JVM规范中，规定了两种内存异常：

一是：线程请求的栈深度超过了栈允许的最大深度，将抛出：StackOverflowError 异常。

二是：当JAVA虚拟机动态扩展时，无法申请到足够的内存时，将抛出：OutOfMemoryError异常。

以下样例属于第一种情形：

 1 /**
 2 *  VM Args:  -Xss128K
 3 *  @author  yql
 4 *
 5 */
 6 public class JavaVMStackSOF {
 7     
 8      private int stackLength = 1;
 9      
10      public void stackLeak(){
11           stackLength ++;
12           stackLeak();
13      }
14      
15      public static void main(String[] arg) throws Throwable{
16      
17         JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF(); 
18         try{
19           oom.stackLeak();
20         }catch(Throwable e ){
21             System.out.println("Stack length:"+ oom.stackLength); 
22             throw e;
23         }
24      }
25 }

运行结果：

Stack length:7907

Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError

at JavaVMStackSOF.stackLeak（JavaVMStackSOF.java 13)

... (省略相同栈信息）

以下属于第二种情形：（注意!!!: 在运行以下样例前，请保持所有工作，可能导致操作系统假死。）

 1 /**
 2 *  VM Args:  -Xss2M
 3 *  @author  yql
 4 *
 5 */
 6 import java.lang.*;
 7 public class JavaVMStackOOM {
 8      private void dontStop(){
 9         while(true){        
10         }
11      }     
12     public void stackLeakByThread(){
13            while(true){           
14              Thread  thread = new Thread(new Runnable(){
15                    @Override
16                    public void run(){
17                       dontStop();
18                    }             
19                 });           
20                thread.start();
21            }     
22     }     
23      public static void main(String[] arg) throws Throwable{
24      
25         JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM(); 
26         oom.stackLeakByThread();
27      }
28 }

运行结果为：

Exception in thread "main" java.lang.OutofMemoryError: unable to create new native thread.

3. 本地方法栈（Native Method Stack)

与JVM stack 相似，JVM stack 为虚拟机执行JAVA方法服务，而Native Method Stack 是为虚拟机执行本地方法服务。有的虚拟机对两者没有区分，合二为一。

同样会存在两种异常： StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常. （样例如第2点中）

4. JAVA 堆（Heap)

Heap 是java内存管理中最大的一块内存区域，被所有线程共享，用于存放对象实例，几乎所有的对象实例和数组都在此分配。

在JVM规范中规定，JAVA堆可以物理不联系，只要逻辑空间联系即可。这样，当堆Heap无法完成再扩展时，将会抛出：OutOfMemoryError异常。

所以，不断的创建对象，就会导致内存溢出.

 1 /**
 2 *  VM Args:  -Xms20m  -Xmx20m  -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 3 *  @author  yql
 4 *
 5 */
 6 import java.util.*;
 7 public class HeapOOM {
 8     
 9      static class OOMObject{
10      }
11      
12      public static void main(String[] arg){
13      
14         List<OOMObject>  list = new ArrayList<OOMObject>();
15         
16         while(true){
17             list.add(new  OOMObject());
18         }
19      }
20 }

运行结果为：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
        at java.util.Arrays.copyOf(Unknown Source)
        at java.util.Arrays.copyOf(Unknown Source)
        at java.util.ArrayList.grow(Unknown Source)
        at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(Unknown Source)
        at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(Unknown Source)
        at java.util.ArrayList.add(Unknown Source)
        at HeapOOM.main(HeapOOM.java:17)

5. 方法区（Method Area)

方法区也是多线程共享的内存区域，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译的代码数据。（JVM规范把方法区描述为堆的一个逻辑区域）

方法区在无法满足内存分配时，将抛出OutOfMemoryError 异常。

6. 运行时常量池（Runtime Constant Pool )

运行时常量池是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池。

 1 /**
 2 *  VM Args:  -Xss2M
 3 *  @author  yql
 4 *
 5 */
 6 import java.util.*;
 7 public class RuntimeConstantPoolOOM {
 8      public static void main(String[] arg) throws Throwable{
 9         //使用List 保持常量池引用， 避免Full GC回收常量行为
10         List<String> list = new ArrayList<String>(); 
11         long  i= 0l;
12         while(true){
13           list.add(String.valueOf(i++).intern());
14         }
15      }
16 }

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

at java.lang.String.intern(Native Method)

at RuntimeConstantPoolOOM.main(RuntimeConstantPoolOOM.java 13)

....

7. 直接内存（Direct Memory)

本机内存分配不受JAVA 虚拟机（堆，栈等）的影响，但是受机器内存的影响，当各区域内存总和大于物理内存时，导致动态扩展内存出现：OutOfMemoryError异常。

对象访问

对象访问主要有两种方式：

一种是，通过句柄访问对象；（优点在于：reference 中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时，只改变句柄中实例数据指针，而reference本身不变）

一种是，通过直接指针访问对象。（优点在于：速度更快，节省了一次指针定位时间）