JVM对象内存分配

2018年03月26日 10:10 | 3008次浏览 作者原创 版权保护

JVM在运行时将数据划分为了6个区域来存储,而不仅仅是大家熟知的Heap区域,这6个区域图示如下:

jvm内存对象

l PC寄存器

PC寄存器是用于存储每个线程下一步将执行的JVM指令,如该方法为native的,则PC寄存器中不存储任何信息

l JVM栈

JVM栈是线程私有的,每个线程创建的同时都会创建JVM栈,JVM栈中存放的为当前线程中局部基本类型的变量(java中定义的八种基本类型:boolean、char、byte、short、int、long、float、double)、部分的返回结果以及Stack Frame,非基本类型的对象在JVM栈上仅存放一个指向堆上的地址,因此Java中基本类型的变量是值传递,而非基本类型的变量是引用传递,Sun JDK的实现中JVM栈的空间是在物理内存上分配的,而不是从上分配。

由于JVM栈是线程私有的,因此其在内存分配上非常高效,并且当线程运行完毕后,这些内存也就被自动回收。

当JVM栈的空间不足时,会抛出StackOverflowError的错误,在Sun JDK中可以通过-Xss来指定栈的大小,例如如下代码:

new Thread(new Runnable(){
 
           publicvoid run() {
              loop(0);
           }
           
           privatevoid loop (int i){
              if(i!=1000){
                  i++;
loop (i);
              }
              else{
                  return;
              }
           }
           
}).start();

当JVM参数设置为-Xss1K,运行后会报出类似下面的错误:

Exception in thread "Thread-0" java.lang.StackOverflowError

l 堆(Heap)

Heap是大家最为熟悉的区域,它是JVM用来存储对象实例以及数组值的区域,可以认为Java中所有通过new创建的对象的内存都在此分配,Heap中的对象的内存需要等待GC进行回收,Heap在32位的操作系统上最大为2G,在64位的操作系统上则没有限制,其大小通过-Xms和-Xmx来控制,-Xms为JVM启动时申请的最小Heap内存,默认为物理内存的1/64但小于1G,-Xmx为JVM可申请的最大Heap内存,默认为物理内存的1/4但小于1G,默认当空余堆内存小于40%时,JVM会增大Heap的大小到-Xmx指定的大小,可通过-XX:MinHeapFreeRatio=来指定这个比例,当空余堆内存大于70%时,JVM会将Heap的大小往-Xms指定的大小调整,可通过-XX:MaxHeapFreeRatio=来指定这个比例,但对于运行系统而言,为了避免频繁的Heap Size的大小,通常都会将-Xms和-Xmx的值设成一样,因此这两个用于调整比例的参数通常是没用的,Java 1.2以上的版本对jvm内存进行了分代管理(至于为什么要采用分代管理将在后续的章节中进行讲解),图示如下:

JVM

JVM将Heap分为New Generation和Old Generation(或Tenured Generation)两块来进行管理:

1. New Generation

又称为新生代,程序中新建的对象都将分配到新生代中,新生代又由Eden Space和两块Survivor Space构成,可通过-Xmn参数来指定其大小,Eden Space的大小和两块Survivor Space的大小比例默认为8,即当New Generation的大小为10M时,Eden Space的大小为8M,两块Survivor Space各占1M,这个比例可通过-XX:SurvivorRatio来指定。

2. Old Generation

又称为旧生代,用于存放程序中经过几次垃圾回收还存活的对象,例如缓存的对象等,旧生代所占用的内存大小即为-Xmx指定的大小减去-Xmn指定的大小。

堆是JVM中所有线程共享的,因此在其上进行对象内存的分配均需要进行加锁,这也导致了new对象的开销是比较大的,鉴于这样的原因,Sun Hotspot JVM为了提升对象内存分配的效率,对于所创建的线程都会分配一块独立的空间,这块空间又称为TLAB(Thread Local Allocation Buffer),其大小由JVM根据运行的情况计算而得,在TLAB上分配对象时不需要加锁,因此JVM在给线程的对象分配内存时会尽量的在TLAB上分配,在这种情况下JVM中分配对象内存的性能和C基本是一样高效的,但如果对象过大的话则仍然是直接使用堆空间分配,TLAB仅作用于新生代的Eden Space,因此在编写Java程序时,通常多个小的对象比大的对象分配起来更加高效,但这种方法同时也带来了两个问题,一是空间的浪费,二是对象内存的回收上仍然没法做到像Stack那么高效,同时也会增加回收时的资源的消耗,可通过在启动参数上增加-XX:+PrintTLAB来查看TLAB这块的使用情况。

当堆中需要使用的内存超过其允许的大小时,会抛出OutOfMemory的错误信息。

l 方法区域(Method Area)

方法区域存放了所加载的类的信息(名称、修饰符等)、类中的静态变量、类中定义为final类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息,当开发人员在程序中通过Class对象中的getName、isInterface等方法来获取信息时,这些数据都来源于方法区域,可见方法区域的重要性,同样,方法区域也是全局共享的,在一定的条件下它也会被GC,当方法区域需要使用的内存超过其允许的大小时,会抛出OutOfMemory的错误信息。

在Sun JDK中这块区域对应的为Permanet Generation,又称为持久代,默认为64M,可通过-XX:PermSize以及-XX:MaxPermSize来指定其大小。

l 运行时常量池(Runtime Constant Pool)

类似C中的符号表,存放的为类中的固定的常量信息、方法和Field的引用信息等,其空间从方法区域中分配。

l 本地方法堆栈(Native Method Stacks)

JVM采用本地方法堆栈来支持native方法的执行,此区域用于存储每个native方法调用的状态。 

例如有这么一段代码:

public class A {
                  publicstaticvoid main(String[] args){
           String a="a";
            String b="b";
           String ab="ab";
           System.out.println((a+b)==ab);       // false
           System.out.println(("a"+"b")==ab);   // true
           final String afinal="a";
           String result=afinal+"b";
           System.out.println(result==ab);      // true
           String plus=a+"b";
           System.out.println(plus==ab);        // false
           
            System.out.println(plus.intern()==ab);  // true
    }
}

分析下上面代码执行的结果,可通过javap –verbose A来辅助理解分析。

l (a+b)==ab

a+b是两个变量相加,需要到运行时才能确定其值,到运行时后JVM会为两者相加后产生一个新的对象,因此a+b==ab的结果为false。

l (“a”+”b”)==ab

“a”+”b”是常量,在编译时JVM已经将其变为”ab”字符串了,而ab=”ab”也是常量,这两者在常量池即为同一地址,因此(“a”+”b”)==ab为true。

l result==ab

result=afinal+”b”,afinal是个final的变量, result在编译时也已经被转变为了”ab”,和”ab”在常量池中同样为同一地址,因此result==ab为true。

l plus=ab

plus和a+b的情况是相同的,因此plus==ab为false。

l plus.intern()==ab

这里的不同点在于调用了plus.intern()方法,这个方法的作用是获取plus指向的常量池地址,因此plus.intern()==ab为true。

在掌握了JVM对象内存分配的机制后,来看看JVM是如何做到自动的对象内存回收的,这里指的的是Heap以及Method Area的回收,其他几个区域的回收都由JVM简单的按生命周期来进行管理。



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