一文讀懂JVM是什么

前言

由于先前也遇到過一些性能問題，OOM算是其中的一大類了。因此也對jvm產(chǎn)生了一些興趣。自己對jvm略做了些研究。后續(xù)繼續(xù)補(bǔ)充。

從oom引申出去

既然說到oom，首先需要知道oom的原因是什么。為啥會oom嘞？
oom的定義是outofmemory。當(dāng)內(nèi)存想為對象分配內(nèi)存的時候，發(fā)現(xiàn)內(nèi)存不足以去分配內(nèi)存，或者gc的時候發(fā)現(xiàn)沒有可以被回收的對象或回收后的內(nèi)存也不足以為對象分配內(nèi)存。

因此拋出這個java異常。

oom
可以分為以下四類

1.堆溢出：java堆

2.棧溢出：虛擬機(jī)棧和本地方法棧

3.方法區(qū)內(nèi)存溢出：方法區(qū)和內(nèi)存時常量池

4.本機(jī)直接內(nèi)存溢出

因此，需要先了解堆，棧，方法區(qū)都是些啥

運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)

先上圖

程序計數(shù)器：當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。

java虛擬機(jī)的多線程是通過輪流切換線程，并為線程分配執(zhí)行時間片去運(yùn)行來執(zhí)行的。每個線程都有一個自己的程序計數(shù)器。我覺得這個可以這么理解：當(dāng)一個線程在運(yùn)行的時候，每執(zhí)行一步程序計數(shù)器都會有個記錄，記錄當(dāng)前執(zhí)行到哪一步了。如果線程被切換后又切換回來，那么通過程序計數(shù)器就能知道執(zhí)行到哪一步了，然后繼續(xù)向下執(zhí)行。

虛擬機(jī)棧：每個線程都會有一個虛擬機(jī)棧。虛擬機(jī)棧描述的是java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型。因為線程執(zhí)行的過程就是執(zhí)行線程里的一個個方法，而每個方法都會創(chuàng)建對應(yīng)自己的棧幀。

棧幀里存的內(nèi)容如下：

局部變量表：存放了各種編譯期可知基本數(shù)據(jù)類型，對象引用（引用指針或句柄）

操作數(shù)棧：大多數(shù)指令都要從這里彈出數(shù)據(jù)，執(zhí)行運(yùn)算，然后把結(jié)果壓回操作數(shù)棧

動態(tài)鏈接

方法出口

64位的long和都double類型數(shù)據(jù)占用2個局部變量空間，其他數(shù)據(jù)類型占用一個，也就是每個局部變量空間為32位。

在這個地方，如果線程請求的深度大于虛擬機(jī)允許的深度，會拋出StackOverflowError.因為jvm分配給虛擬機(jī)棧的內(nèi)存是有限的，而每個方法都會有對應(yīng)的棧幀壓入到棧中，如果調(diào)用方法過多，那么棧滿了自然也就溢出了。（可能的場景：死循環(huán)代碼，大量遞歸調(diào)用，那排查問題的時候也可以由此有一個思路）?？梢酝ㄟ^調(diào)整-Xss去調(diào)整棧大小。

大部分java虛擬機(jī)允許動態(tài)擴(kuò)展，但如果擴(kuò)展的時候也申請不到足夠內(nèi)存時，就會報OOM了。

本地方法棧：和虛擬機(jī)發(fā)揮作用相似。區(qū)別：虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行java方法服務(wù)，本地方法棧為虛擬機(jī)使用的Native方法服務(wù)。Native Method就是一個java調(diào)用非java代碼的接口，Native方法的實(shí)現(xiàn)由非java語言實(shí)現(xiàn)。讀者不用糾結(jié)，略作了解即可。

堆：堆是所有線程共享的一塊內(nèi)存，作用是存放對象實(shí)例。堆可以分為新生代和老年代。新生代里還可細(xì)分為Eden,From survivor,To survivor等空間。后面講述GC過程時會說到。

方法區(qū)：也是所有線程共享的一塊內(nèi)存，存放被虛擬機(jī)加載的類信息，常量，靜態(tài)變量，編譯器編譯后的代碼。也就是常說的永久代。

永久代的大小可以用-XX:MaxPermSize去設(shè)置。

運(yùn)行時常量池：方法區(qū)的一部分。存放編譯期生成的各種字面量和符號引用。字面量就是指這個量本身。比如字面量2，就是指2.

運(yùn)行時常量池有一個重要特性就是動態(tài)性。常量不一定只有編譯期才能產(chǎn)生，運(yùn)行期間也可能將新的常量放入常量池。詳情可見String類的

intern()方法。

直接內(nèi)存：它不是虛擬機(jī)運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，但也頻繁的被使用。直接內(nèi)存不會受到j(luò)ava堆大小的限制，但是會受到本機(jī)總內(nèi)存的限制。

GC過程

GC分為新生代GC（minor gc）和老年代GC(full gc)。新生代GC的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于老年代。而且

新生代GC的速度會比老年代的GC速度快10倍以上。根源在于新生代和老年代使用的GC算法不同。讀者們可以去仔細(xì)思考下(答案文中有，哈哈)。新生代/老年代大小默認(rèn)為1：2。

新生代GC過程：

新生代里可細(xì)分為Eden,From survivor,To survivor等空間。當(dāng)我們需要給對象分配內(nèi)存的時候，首先我們會在Eden區(qū)為對象分配內(nèi)存，當(dāng)Eden區(qū)內(nèi)存不足時，會發(fā)生minor gc，此時會把仍然存活的對象放到From survivor，并給對象標(biāo)記存活次數(shù)1；然后當(dāng)Eden區(qū)再次被用完后，對Eden區(qū)和From survivor區(qū)篩選出存活的對象，放到To survivor區(qū)，清空Eden區(qū)和From survivor區(qū)，存活次數(shù)加1，之前存活的就是2了。

以此類推，默認(rèn)是當(dāng)存活次數(shù)到達(dá)15次（可配置）的時候，把這個對象存入老年代中。同時也可以看到，F(xiàn)rom survivor,To survivor區(qū)始終有一個是空置的。所以新生代使用的只有9/10的空間。
然而大家可以思考一下。Eden區(qū)和survivor區(qū)的大小為8：1，那么發(fā)生minor gc后如果存活的對象
的大小比survivor區(qū)還要大。這個時候會怎么處理？

這里需要引入一個叫“內(nèi)存分配擔(dān)保機(jī)制”的概念。就是當(dāng)存活的對象連survivor區(qū)都放不下的時候，這部分放不下的對象會直接進(jìn)入老年代。老年代是擔(dān)保人。老年代進(jìn)行擔(dān)保，前提是老年代還有剩余空間。但是每次存活下來的對象大小是不確定的。所以只好取之前每次存儲到老年代的對象大小的平均值。如果大于平均值，那么直接full gc。但是為了避免頻繁full gc，仍然會開啟handlepromotionfailure配置。如下圖

老年代GC過程：

老年代采用了標(biāo)記整理，標(biāo)記清楚的算法。老年代會把仍然存活的對象都整理統(tǒng)一放到一邊。整理完成后就會清楚掉邊界外的對象。這樣就避免了產(chǎn)生大量的內(nèi)存碎片的問題。但是整理算法相較于新生代采用的復(fù)制算法，復(fù)雜程度肯定更高。這也導(dǎo)致了full gc的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于minor gc。


審核編輯：劉清