JVM 学习笔记(二)

一:结合字节码指令理解Java虚拟机栈和栈帧

栈帧:每个栈帧对应一个被调用的方法,可以理解为一个方法的运行空间。

如果还不明白什么是栈帧,可以参考:https://www.jianshu.com/p/b666213cdd8a

每个栈帧中包括局部变量表(Local Variables)、操作数栈(Operand Stack)、指向运行时常量池的引用(A reference to

the run-time constant pool)、方法返回地址(Return Address)和附加信息。

  • 局部变量表

  方法中定义的局部变量以及方法的参数存放在这张表中,局部变量表中的变量不可直接使用,如需要使用的话,必

须通过相关指令将其加载至操作数栈中作为操作数使用。

  • 操作数栈

  以压栈和出栈的方式存储操作数的。

  • 动态链接

  每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用,持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态

连接(Dynamic Linking)。

  • 方法返回地址

  当一个方法开始执行后,只有两种方式可以退出,一种是遇到方法返回的字节码指令;一种是遇见异常,并且

这个异常没有在方法体内得到处理。

demo样例:

class Person {
    private String name = "Jack";
    private int age;
    private final double salary = 100;
    private static String address;
    private final static String hobby = "Programming";

    public void say() {
        System.out.println("person say...");
    }

    public static int calc(int op1, int op2) {
        op1 = 3;
        int result = op1 + op2;
        return result;
    }

    public static void order() {
    }

    public static void main(String[] args) {
        calc(1, 2);
        order();
    }
}

本地通过命令:javap -c Person.java >Person.txt 生成字节码指令文件:

class Person {
    ...
    public static int calc(int, int);
    Code:
        0: iconst_3 //将int类型常量3压入[操作数栈]
        1: istore_0 //将int类型值存入[局部变量0]
        2: iload_0 //从[局部变量0]中装载int类型值入栈
        3: iload_1 //从[局部变量1]中装载int类型值入栈
        4: iadd //将栈顶元素弹出栈,执行int类型的加法,结果入栈
        5: istore_2 //将栈顶int类型值保存到[局部变量2]中
        6: iload_2 //从[局部变量2]中装载int类型值入栈
        7: ireturn //从方法中返回int类型的数据
    ...
}

图解:

二:栈中元素指向问题

  如果在栈帧中有一个变量,类型为引用类型,比如Object obj=new Object(),这时候就是典型的栈中元素指向堆中的对象。

三:方法区元素指向

  方法区中会存放静态变量,常量等数据。如果是下面这种情况,就是典型的方法区中元素指向堆中的对象。

  private static Object obj=new Object();

四:堆指向方法区

  方法区中会包含类的信息,堆中会有对象,那怎么知道对象是哪个类创建的呢?

  一个对象怎么知道它是由哪个类创建出来的?怎么记录?这就需要了解一个Java对象的具体信息了。下面看一下java对象的内部布局:

  一个Java对象在内存中包括3个部分:对象头、实例数据和对齐填充

五:jvm内存模型分析

  一块是非堆区,一块是堆区。堆区分为两大块,一个是Old区,一个是Young区。Young区分为两大块,一个是Survivor区(S0+S1),一块是Eden区。

Eden:S0:S1=8:1:1 。S0和S1一样大,也可以叫From和To。

图解:

  根据之前对于Heap的介绍可以知道,一般对象和数组的创建会在堆中分配内存空间,关键是堆中有这么多区域,那一个对象的创建到底在哪个区域呢?下面我们对

各区域进行分析:

对象创建所在区域:

  一般情况下,新创建的对象都会被分配到Eden区,一些特殊的大的对象会直接分配到Old区。

比如有对象A,B,C等创建在Eden区,但是Eden区的内存空间肯定有限,比如有100M,假如已经使用了100M或者达到一个设定的临界值,这时候就需要对Eden内存空间进行清理,即垃圾收集(Garbage Collect),这样的GC我们称之为Minor GC,Minor GC指得是Young区的GC。经过GC之后,有些对象就会被清理掉,有些对象可能还存活着,对于存活着的对象需要将其复制到Survivor区,然后再清空Eden区中的这些对象。

Survivor区详解:

  由图解可以看出,Survivor区分为两块S0和S1,也可以叫做From和To。在同一个时间点上,S0和S1只能有一个区有数据,另外一个是空的。

  接着上面的GC来说,比如一开始只有Eden区和From中有对象,To中是空的。此时进行一次GC操作,From区中对象的年龄就会+1,我们知道Eden区中所有存活的对象会被复制到To区,From区中还能存活的对象会有两个去处。若对象年龄达到之前设置好的年龄阈值,此时对象会被移动到Old区,如果Eden区和From区没有达到阈值的

对象会被复制到To区。 此时Eden区和From区已经被清空(被GC的对象肯定没了,没有被GC的对象都有了各自的去处)。这时候From和To交换角色,之前的From变成了To,之前的To变成了From。也就是说无论如何都要保证名为To的Survivor区域是空的。Minor GC会一直重复这样的过程,知道To区被填满,然后会将所有对象复制到老年代中。

Old区详解:

  从上面的分析可以看出,一般Old区都是年龄比较大的对象,或者相对超过了某个阈值的对象。在Old区也会有GC的操作,Old区的GC我们称作为Major GC。

六:从对象角度理解对象在堆中的一生

  我是一个普通的Java对象,我出生在Eden区,在Eden区我还看到和我长的很像的小兄弟,我们在Eden区中玩了挺长时间。有一天Eden区中的人实在是太多了,我就被迫去了Survivor区的“From”区,自从去了Survivor区,我就开始漂了,有时候在Survivor的“From”区,有时候在Survivor的“To”区,居无定所。直到我18岁的时候,爸爸说我成人了,该去社会上闯闯了。于是我就去了年老代那边,年老代里,人很多,并且年龄都挺大的,我在这里也认识了很多人。在年老代里,我生活了20年(每次GC加一岁),然后被回收。

七:常见的问题

  • 如何理解Minor/Major/Full GC

  Minor GC:新生代

  Major GC:老年代

  Full GC:新生代+老年代

  • 为什么需要Survivor区?只有Eden不行吗?

  如果没有Survivor,Eden区每进行一次Minor GC,并且没有年龄限制的话,存活的对象就会被送到老年代。这样一来,老年代很快被填满,触发Major GC(因为Major GC一般伴随着Minor GC,也可以看做触发了Full GC)。老年代的内存空间远大于新生代,进行一次Full GC消耗的时间比Minor GC长得多。执行时间长有什么坏处?频发的Full GC消耗的时间很长,会影响大型程序的执行和响应速度。可能你会说,那就对老年代的空间进行增加或者较少咯。假如增加老年代空间,更多存活对象才能填满老年代。虽然降低Full GC频率,但是随着老年代空间加大,一旦发生FullGC,执行所需要的时间更长。假如减少老年代空间,虽然Full GC所需时间减少,但是老年代很快被存活对象填满,Full GC频率增加。

所以Survivor的存在意义,就是减少被送到老年代的对象,进而减少Full GC的发生,Survivor的预筛选保证,只有经历16次Minor GC还能在新生代中存活的对象,才会被送到老年代。

  • 为什么需要两个Survivor区?

  最大的好处就是解决了碎片化。也就是说为什么一个Survivor区不行?第一部分中,我们知道了必须设置Survivor区。假设现在只有一个Survivor区,我们来模拟一下流程:

刚刚新建的对象在Eden中,一旦Eden满了,触发一次Minor GC,Eden中的存活对象就会被移动到Survivor区。这样继续循环下去,下一次Eden满了的时候,问题来了,此时进行Minor GC,Eden和Survivor各有一些存活对象,如果此时把Eden区的存活对象硬放到Survivor区,很明显这两部分对象所占有的内存是不连续的,也就导致了内存碎片化。永远有一个Survivor space是空的,另一个非空的Survivor space无碎片。

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