性能测试之 JVM 概念认识

无论什么语言，在程序运行过程中，都需要对内存进行管理，要知道计算机/服务器的内存不是无限的。例如：C语言中需要对对象的内存负责，需要用delete/free来释放对象；那JAVA中，对象的内存管理是由JVM自动管理的。


JVM是很有必要的了解认识的，因为在程序性能调优中极其重要的两个判断方向——运行时间和运行空间，都需要具备JVM的知识理解和工具使用，知其所以然才能无往不利

JVM虚机机的历史和类型

内存模型

程序计数器

1. 程序计数器是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在Java虚拟机的概念模型里，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，它是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成
2. 线程私有内存
3. 唯一一个不会发生任何OutOfMemoryError的区域

Java虚拟机栈

1. 每个方法被执行的时候，Java虛 拟机都会同步创建-一个栈帧 ( Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
   局部变量表存放了编译期可知的各种Java虚拟机基本数据类型( boolean、byte、 char、 short、 int、float、long、 double) 、对象引用和returnAddress类型
2. 线程私有内存
3. 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常;如果Java虛拟机栈容量可以动态扩展，当栈扩展时无法申请到足够的内存会抛出OutOfMemory Error异常

本地方法栈

1. 与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别只是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地(Native)方法服务。
2. 栈深度溢出或者栈扩展失败时分别抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常

Java堆

1. 几乎所有的对象实例以及数组都应在堆上分配。
   如上图的一个区域划分，是比较主流的经典的设计。不是绝对的划分标准，是存在一些VM/垃圾回收器与如上标准不同
2. 线程共享内存
3. 如果在Java堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，Java虛拟机将会拋出OutOfMemoryError异常

方法区

1. 用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。有一个别名叫作“非堆”(Non-Heap)，目的是与Java堆区分
2. 线程共享内存
3. 如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。

运行时产量池

1. 运行时常量池是方法区的一部分。Class文 件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表，用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。
2. 线程共享内存
3. 既然运行时常量池是方法区的一部分，自然受到方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会拋出OutOfMemoryError异常

直接内存

1. 在JDK 1.4中新加入了NIO类，引入了一种基于通道(Channel) 与缓冲区( Buffer)的I/O方式，它可以使用Native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据
2. 直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制，但是受到本机总内存的限制。
   配置虚拟机参数时，会根据实际内存去设置VM的参数信息，但经常忽略掉直接内存，使得各个内存区域总和大于物理内存限制(包括物理的和操作系统级的限制)，从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常

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