《深入理解Java虚拟机》读后总结（一）JVM内存模型

基于Sun HotSpot JVM

直接上图：

从图中看到，JVM内存分为两个主要区域，一个是所有线程共享的数据区，一个是线程隔离数据区（线程私有）

线程隔离数据区

程序计数器(Program Counter Register)： 一小块内存空间，单前线程所执行的字节码行号指示器。字节码解释器工作时，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，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。

JVM虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)： Java方法执行内存模型，用于存储局部变量，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。是线程私有的。

本地方法栈(Native Method Stacks)： 为JVM用到的Native方法服务，Sun HotSpot 虚拟机把本地方法栈和JVM虚拟机栈合二为一。是线程私有的。

线程共享的数据区

方法区（Method Area）： 用于存储JVM加载的类信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码等数据。 运行时常量池（Runtime Constant Pool）： 是方法区的一部分，用于存放编译器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取得运行时常量池中。具备动态性，用的比较多的就是String类的intern()方法。 JVM堆（ Java Virtual Machine Heap）： 存放所有对象实例的地方。 新生代，由Eden Space 和大小相同的两块Survivor组成 旧生待，存放经过多次垃圾回收仍然存活的对象

如图：

直接内存（Direct Memory）： 它并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是JAVA虚拟机规范中定义的内存区域。在JDK1.4中加入了NIO类，引入了一种基于通道(Channel)于缓冲区(Buffer)的I/O方式，他可以使用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堆中和Native堆中来回复制数据。

基于Sun HotSpot JVM

请先了解JVM内存模型在来看此篇文章

使用对JVM不同内存区域灌入数据，导致相关区域内存溢出，来验证JVM内存分配

先看一个经典问题：

Java代码

String s1 = "小金子(aub)";  
String s2 = "小金子(aub)";  
String s3 = "小金子" + "(aub)";  
String s4 = new String("小金子(aub)");  
String s5 = "小金子" + new String("(aub)");  
String s6 = s4.intern();  
System.out.println("s1 == s2: " + (s1 == s2));//true;  
System.out.println("s1 == s3: " + (s1 == s3));//true;  
System.out.println("s2 == s3: " + (s2 == s3));//true;  
System.out.println("s1 == s4: " + (s1 == s4));//false;  
System.out.println("s1 == s5: " + (s1 == s5));//false;  
System.out.println("s4 == s5: " + (s4 == s5));//false;  
System.out.println("s1 == s6: " + (s1 == s6));//true;  

原因就在与String对象特殊的内存分配方式：（Strings pool是JVM内存中运行时常量池的一部分）

1.String s1 = new String("小金子(aub)");

2.String s2 = "小金子(aub)"; 3.String s3 = "小金子" + "(aub)";

　　虽然两个语句都是返回一个String对象的引用，但是jvm对两者的处理方式是不一样的。

对于第一种，jvm会马上在heap中创建一个String对象，然后将该对象的引用返回给用户。

对于第二种，jvm首先会在内部维护的strings pool中通过String的 equels 方法查找是对象池中是否存放有该String对象，如果有，则返回已有的String对象给用户，而不会在heap中重新创建一个新的String对象;如果对象池中没有该String对象，jvm则在heap中创建新的String对象，将其引用返回给用户，同时将该引用添加至strings pool中。

注意：使用第一种方法创建对象时，jvm是不会主动把该对象放到strings pool里面的，除非程序调用 String的intern方法

对于第三种，jvm会进行“+”运算符号的优化，两遍都是字符串常量会做类似于第二种的处理，如果“+”任意一边是一个变量，就会做类似第一种的处理。

JVM栈和Native Method栈内存分配：

JAVA中八个基本类型数据，在运行时都是分配在栈中的。在栈上分配的内存，随着数据的进栈出栈，方法运行完毕，或则线程结束时，自动被回收掉了。

测试代码如下：

Java代码

public class JvmStackOOM {  
    private int stackLength = 1;  
  
    public void execute() {  
        try {  
            stackLeak();  
        } catch (Throwable e) {  
            System.out.println("stackLength : " + stackLength);  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
  
    private void stackLeak() {  
        stackLength++;  
        stackLeak();  
    }  
}  

用一个递归不断地对实例变量stackLength进行自增操作，当JVM在扩展栈时无法申请到足够的空间，将产生StackOverflowError

可以使用Jvm 参数-Xss配置栈大小，例如：-Xss2M，栈内存越大，可的栈深度越大，在内存不变的情况下，jvm可创建的线程就越少，需要合理设置。

方法区内存分配：

类信息和运行时常量将会分配到此区域。

测试代码如下：

Java代码

public class JvmRuntimeConstantPoolOOM {  
    private int runtimeConstantCount = 1;  
  
    public void execute() {  
        try {  
            runtimeConstantLeak();  
        } catch (Throwable e) {  
            System.out.println("runtimeConstantCount : " + runtimeConstantCount);  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
  
    private void runtimeConstantLeak() {  
        List<String> list = new ArrayList<String>();  
        while (true) {  
            list.add(String.valueOf(runtimeConstantCount++).intern());  
        }  
    }  
}  

使用String的intern()方法向方法区中灌入数据，当方法区内存不足时，抛出OutOfMemoryError: PermGen space，

也可以加载过多的类的方式，测试是否有OutOfMemoryError: PermGen space异常，如果有说明类信息也是存放在方法区中的可以

使用Jvm 参数-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize配置栈大小，例如：-XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M

堆内存分配：

所有对象实例及数组都会在堆上分配。

堆分为新生代和老年代。新生代分为3个区域：一个eden区，和两个survivor区（互为From、To，相对的），

新建对象时首先想eden区申请分配空间，如果空间够，就直接进行分配，否则进行一次Minor GC(新生代垃圾回收)。

Minor GC后再次尝试将对象放到eden区，如果空间仍然不够，直接在老年代创建对象。

测试代码如下：

Java代码

public class JvmHeapOOM {  
    private int bojectCount = 1;  
  
    public void execute() {  
        try {  
            heapLeak();  
        } catch (Throwable e) {  
            System.out.println("bojectCount : " + bojectCount);  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
  
    private void heapLeak() {  
        List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();  
        while (true) {  
            list.add(new OOMObject());  
            bojectCount++;  
        }  
    }  
  
    private class OOMObject {  
          
    }  
}  

创建多个OOMObject对象放到List中，当堆内存不足时，产生OutOfMemoryError：Java Heap space

使用Jvm 参数-Xm -Xmx -Xmn -XX:SurvivorRatio配置堆，例如：-Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8

本地直接内存分配：

堆外内存，NIO相关操作将在此分配内存

使用Jvm 参数-XX:MaxDirectMemorySize配置，例如：-XX:MaxDirectMemorySize=10M

所有用到的JVM启动参数： -Xss2M 设置JVM栈内存大小 -Xms20M 设置堆内存初始值 -Xmx20M 设置堆内存最大值 -Xmn10M 设置堆内存中新生代大小 -XX:SurvivorRatio=8 设置堆内存中新生代Eden 和 Survivor 比例 -XX:PermSize=10M 设置方法区内存初始值 -XX:MaxPermSize=10M 设置方法区内存最大值 -XX:MaxDirectMemorySize=10M 设置堆内存中新生代大小

基于Sun HotSpot JVM

这里将介绍几款sun hotspot jvm 自带的监控工具：

请确保java_home/bin配置到path环境变量下，因为这些工具都在jdk的bin目录下

jps(JVM Process Status Tool)：JVM机进程状况工具 用来查看基于HotSpot JVM里面所有进程的具体状态, 包括进程ID，进程启动的路径等等。与unix上的ps类似，用来显示本地有权限的java进程，可以查看本地运行着几个java程序，并显示他们的进程号。使用jps时，不需要传递进程号做为参数。 Jps也可以显示远程系统上的JAVA进程，这需要远程服务上开启了jstat服务，以及RMI注及服务，不过常用都是对本对的JAVA进程的查看。 命令格式：jps [ options ] [ hostid ] 常用参数说明： -m 输出传递给main方法的参数，如果是内嵌的JVM则输出为null。 -l 输出应用程序主类的完整包名，或者是应用程序JAR文件的完整路径。 -v 输出传给JVM的参数。

例如：

Cmd命令行代码

C:\Users\Administrator>jps -lmv  
1796  -Dosgi.requiredJavaVersion=1.5 -Xms40m -Xmx512m -XX:MaxPermSize=256m  
7340 sun.tools.jps.Jps -lmv -Denv.class.path=.;D:\DevTools\VM\jdk1.6.0_31\\lib\dt.jar;D:\DevTools\VM\jdk1.6.0_31\\lib\tools.jar; -Dapplication.home=D:\DevTools\VM\jdk1.6.0_31 -Xms8m  

其中pid为1796的是我的eclipse进程，pid为7340的是jps命令本身的进程

jinfo(Configuration Info for Java)：JVM配置信息工具

可以输出并修改运行时的java 进程的opts。用处比较简单，用于输出JAVA系统参数及命令行参数

命令格式：jinfo [ options ] [ pid ]

常用参数说明：

-flag 输出，修改，JVM命令行参数

例如：

Cmd命令行代码

C:\Users\Administrator>jinfo 1796  

将会打印出很多jvm运行时参数信息，由于比较长这里不再打印出来，可以自己试试，内容一目了然

Jstack(Stack Trace for Java)：JVM堆栈跟踪工具

jstack用于打印出给定的java进程ID或core file或远程调试服务的Java堆栈信息，如果是在64位机器上，需要指定选项"-J-d64“

命令格式：jstack [ option ] pid

常用参数说明：

-F 当’jstack [-l] pid’没有相应的时候强制打印栈信息

-l 长列表. 打印关于锁的附加信息,例如属于java.util.concurrent的ownable synchronizers列表.

-m 打印java和native c/c++框架的所有栈信息.

-h | -help打印帮助信息

例如：

Cmd命令行代码

C:\Users\Administrator>jstack 1796  
2013-05-22 11:42:38  
Full thread dump Java HotSpot(TM) Client VM (20.6-b01 mixed mode):  
  
"Worker-30" prio=6 tid=0x06514c00 nid=0x1018 in Object.wait() [0x056af000]  
   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (on object monitor)  
        at java.lang.Object.wait(Native Method)  
        at org.eclipse.core.internal.jobs.WorkerPool.sleep(WorkerPool.java:188)  
        - locked <0x1ad84a90> (a org.eclipse.core.internal.jobs.WorkerPool)  
        at org.eclipse.core.internal.jobs.WorkerPool.startJob(WorkerPool.java:220)  
        at org.eclipse.core.internal.jobs.Worker.run(Worker.java:50)  
......  
......  
......  
...... 

jstat(JVM statistics Monitoriing Tool)：JVM统计信息监视工具 对Java应用程序的资源和性能进行实时的命令行的监控，包括了对Heap size和垃圾回收状况的监控 命令格式：jstat [ option pid [interval [ s | ms ] [count] ] ] 常用参数说明： -gcutil 输出已使用空间占总空间的百分比 -gccapacity 输出堆中各个区域使用到的最大和最小空间

例如：每隔1秒监控jvm内存一次，共监控5次

Cmd命令行代码

C:\Users\Administrator>jstat -gccapacity  1796  1s  5  
 NGCMN    NGCMX     NGC     S0C   S1C       EC      OGCMN      OGCMX       OGC         OC      PGCMN    PGCMX     PGC       PC     YGC    FGC  
 13632.0 174720.0  40896.0 4032.0 4032.0  32832.0    27328.0   349568.0    81684.0    81684.0  12288.0 262144.0  80640.0  80640.0     42    96  
 13632.0 174720.0  40896.0 4032.0 4032.0  32832.0    27328.0   349568.0    81684.0    81684.0  12288.0 262144.0  80640.0  80640.0     42    96  
 13632.0 174720.0  40896.0 4032.0 4032.0  32832.0    27328.0   349568.0    81684.0    81684.0  12288.0 262144.0  80640.0  80640.0     42    96  
 13632.0 174720.0  40896.0 4032.0 4032.0  32832.0    27328.0   349568.0    81684.0    81684.0  12288.0 262144.0  80640.0  80640.0     42    96  
 13632.0 174720.0  40896.0 4032.0 4032.0  32832.0    27328.0   349568.0    81684.0    81684.0  12288.0 262144.0  80640.0  80640.0     42    97  

Cmd命令行代码

C:\Users\Administrator>jstat -gcutil  1796  1s  5  
  S0     S1     E      O      P     YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT  
  0.00   0.00   0.52  53.35  99.77     42    0.513    99   38.119   38.632  
  0.00   0.00   0.52  53.35  99.77     42    0.513    99   38.119   38.632  
  0.00   0.00   0.52  53.35  99.77     42    0.513    99   38.119   38.632  
  0.00   0.00   0.52  53.35  99.77     42    0.513    99   38.119   38.632  
  0.00   0.00   0.52  53.35  99.77     42    0.513    99   38.119   38.632  

一些术语的中文解释：

S0C：年轻代中第一个survivor（幸存区）的容量 (KB) S1C：年轻代中第二个survivor（幸存区）的容量 (KB) S0U：年轻代中第一个survivor（幸存区）目前已使用空间 (KB) S1U：年轻代中第二个survivor（幸存区）目前已使用空间 (KB) EC：年轻代中Eden（伊甸园）的容量 (KB) EU：年轻代中Eden（伊甸园）目前已使用空间 (KB) OC：Old代的容量 (KB) OU：Old代目前已使用空间 (KB) PC：Perm(持久代)的容量 (KB) PU：Perm(持久代)目前已使用空间 (KB) YGC：从应用程序启动到采样时年轻代中gc次数 YGCT：从应用程序启动到采样时年轻代中gc所用时间(s) FGC：从应用程序启动到采样时old代(全gc)gc次数 FGCT：从应用程序启动到采样时old代(全gc)gc所用时间(s) GCT：从应用程序启动到采样时gc用的总时间(s)

NGCMN：年轻代(young)中初始化(最小)的大小 (KB)

NGCMX：年轻代(young)的最大容量 (KB)

NGC：年轻代(young)中当前的容量 (KB)

OGCMN：old代中初始化(最小)的大小 (KB)

OGCMX：old代的最大容量 (KB)

OGC：old代当前新生成的容量 (KB)

PGCMN：perm代中初始化(最小)的大小 (KB)

PGCMX：perm代的最大容量 (KB)

PGC：perm代当前新生成的容量 (KB)

S0：年轻代中第一个survivor（幸存区）已使用的占当前容量百分比

S1：年轻代中第二个survivor（幸存区）已使用的占当前容量百分比

E：年轻代中Eden（伊甸园）已使用的占当前容量百分比

O：old代已使用的占当前容量百分比

P：perm代已使用的占当前容量百分比

S0CMX：年轻代中第一个survivor（幸存区）的最大容量 (KB)

S1CMX ：年轻代中第二个survivor（幸存区）的最大容量 (KB)

ECMX：年轻代中Eden（伊甸园）的最大容量 (KB)

DSS：当前需要survivor（幸存区）的容量 (KB)（Eden区已满）

TT： 持有次数限制

MTT ： 最大持有次数限制

jmap( Memory Map for Java)：JVM内存映像工具

打印出某个java进程（使用pid）内存内的所有‘对象’的情况（如：产生那些对象，及其数量） 命令格式：jmap [ option ] pid 常用参数说明： -dump:[live,]format=b,file=<filename> 使用二进制形式输出jvm的heap内容到文件中， live子选项是可选的，假如指定live选项,那么只输出活的对象到文件. -histo[:live] 打印每个class的实例数目,内存占用,类全名信息. VM的内部类名字开头会加上前缀”*”. 如果live子参数加上后,只统计活的对象数量. -F 强迫.在pid没有相应的时候使用-dump或者-histo参数. 在这个模式下,live子参数无效.

例如：以二进制形式输入当前堆内存映像到文件data.hprof中

Cmd命令行代码

1. jmap -dump:live,format=b,file=data.hprof 1796

生成的文件可以使用jhat工具进行分析，在OOM（内存溢出）时，分析大对象，非常有用 通过使用如下参数启动JVM，也可以获取到dump文件： -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=./java_pid<pid>.hprof

在jvm发生内存溢出时生成内存映像文件

jhat(JVM Heap Analysis Tool)：JVM堆转储快照分析工具

用于对JAVA heap进行离线分析的工具，他可以对不同虚拟机中导出的heap信息文件进行分析，如LINUX上导出的文件可以拿到WINDOWS上进行分析，可以查找诸如内存方面的问题。 命令格式：jhat dumpfile(jmap生成的文件)

例如：分析jmap导出的内存映像

Cmd命令行代码

1. jhat data.hprof

执行成功后，访问http://localhost:7000即可查看内存信息，

MAT(Memory Analyzer Tool)：一个基于Eclipse的内存分析工具

官网： http://www.eclipse.org/mat/ update：http://download.eclipse.org/mat/1.2/update-site/

这是eclipse的一个插件，安装后可以打开xxx.hprof文件，进行分析，比jhat更方便使用，有些时候由于线上xxx.hprof文件过大，直接使用jhat进行初步分析了，可以的话拷贝到本地分析效果更佳。

图形化监控工具：

在JDK安装目录bin下面有两个可视化监控工具 1. JConsole(Java Monitoring and Management Console) 基于JMX的可视化管理工具。 2. VisualVM(All-in-one Java Troubleshooting Tool)随JDK发布的最强大的运行监视和故障处理程序。 推荐使用VisualVM，他有很多插件，可以更方便的监控运行时JVM