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《深入理解Java虚拟机》读书笔记

2016上半年花点时间深入了解JVM,读《《深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践》,整理遇到过的内存泄漏,性能优化问题


第一章 走近Java

Java技术体系

JDK

  • Java程序设计语言、Java虚拟机、Java API类库三部分统称为JDK(Java Development Kit) ,JDK是Java程序开发的最小环境
  • Java API类库中的Java SE API子集和Java虚拟机两部分统称为JRE(Java Runtime Environment),JRE是支持Java程序运行的标准环境
  • 按照Java技术关注的重点业务领域来划分,Java技术体系可分为4个平台
    • Java Card:支持Applets(Java小程序)运行在小内存设备(如智能卡)上的平台;
    • Java ME(Micro Edition):支持Java运行在移动终端上的平台;(今有Android SDK)
    • Java SE(Standard Edition):支持面向桌面级应用的Java平台;
    • Java EE(Enterprise Edition):支持使用多层架构的企业级应用(如ERP、CRM应用)的Java平台;

Java发展史

Java虚拟机发展史

  • Sun Classic/Extract VM
  • Sun HotSpot VM
  • Sun Mobile-Embedded VM/Meta-Circular VM
  • Bea Jrockit/IDM J9 VM
  • Azul VM/BEA Liquid VM
  • Apache Harmony/Google Android Dalvik VM
  • Microsoft JVM…

Java技术的未来展望

  • 模块化(Jigsaw)
  • 混合语言:多语言混合编程,通过特定领域发语言去解决特定领域的问题
  • 多核并行(concurrent.forkjoin;Lambada;函数式编程)
  • 丰富语法(Coin子项目)
  • 64位虚拟机(计算机终究完全过渡到64位的时代)

JDK编译实战

OpenJDK7下载
Building the source code for the OpenJDK requires a certain degree of technical expertise.

第二章 Java内存区域与内存溢出异常

运行时的数据区域

Java虚拟机运行时数据区

程序计数器

  • 程序计数器(Program Counter Register)是一块比较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器;
  • PCR为线程私有内存;
  • 是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OOM情况的区域;

Java虚拟机栈

Java虚拟机栈

  • Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在在执行的同时都会创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储 局部变量表、操作数栈、动态链接、方法接口 等信息。每个方法从调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈出栈的过程。
  • Java虚拟机栈也是线程私有,它的生命周期与线程相同。
  • Java内存区常分为 堆内存(Heap)和栈内存(Stack);
  • OOM情况:(1)线程请求的栈深度>虚拟机所运行的最大深度;(2)虚拟机动态扩展时无法申请到足够的内存

本地方法栈

Java本地方法栈
本地方法栈(Native Method Stack)与虚拟机所发挥的作用非常相似的,他们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机所使用的Native方法服务。

  • HotSpot虚拟机把本地方法栈和虚拟机栈合二为一;
  • 此区域会抛StackOverflowError 和 OutofMemoryError异常

Java堆

Java堆
Java堆(Java Heap)是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块,Java Heap是所有线程共享的一块内存区域,在VM启动时创建。

  • 所有的对象实例以及数组都要在堆上分配(不绝对:栈上分配、标量替换优化技术);
  • Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,也可称做GC堆(Garbage Collected Heap)
  • 从内存回收的角度,现代收集器基本都采用分代收集算法,Java Heap可细分为新生代和老年代,再细致可氛围Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等—>更好回收内存。
  • 从内存分配的角度,线程共享的Java堆中可能分出多个线程私有的分配缓存区(TLAB:Thread Local Allocation Buffer)—>更快分配内存。
  • Java堆出于逻辑连续的内存空间中,物理上可不连续,如磁盘空间一样;
  • Java堆在实现上可时,可以实现成固定大小的,也可以按照可扩展实现(-Xmx和-Xms控制);
  • OOM情况:堆中没有内存完成实例分配,堆也无法再扩展时

方法区

  • Non-Heap:在Java虚拟机规范中,将方法区作为堆的一个逻辑部分来对待,但事实上,方法区并不是堆(Non-Heap);
  • 永久代:JavaGC的分代收集机制分为3个代:年青代,老年代,永久代,将方法区定义为“永久代”,这是因为,对于之前的HotSpot Java虚拟机的实现方式中,将分代收集的思想扩展到了方法区,并将方法区设计成了永久代。不过,除HotSpot之外的多数虚拟机,并不将方法区当做永久代,随着Java8的到来,已放弃永久代改为采用Native Memory来实现方法区的规划。
  • 线程共享区域:方法区(Method Area)与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域,
  • 方法区用于存储已经被虚拟机加载的类信息(即加载类时需要加载的信息,包括版本、field、方法、接口等信息)、final常量、静态变量、编译器即时编译后的代码等数据。
  • 方法区在物理上也不需要是连续的,可以选择固定大小或可扩展大小,并且方法区比堆还多了一个限制:可以选择是否执行垃圾收集。
  • 一般的,方法区上执行的垃圾收集是很少的,这也是方法区被称为永久代的原因之一(HotSpot),但这也不代表着在方法区上完全没有垃圾收集,此区域回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载

运行时常量池

Java虚拟机运行时数据区拓扑关系
运行时常量池(Runtime Constants Pool)是方法区的一部分

  • Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述的信息外,还有一项信息是常量池(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

直接内存

直接内存(Direct Memory)并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是虚拟机规范中定义的内存区域。

  • 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。
  • 直接内存的分配不会受到Java堆大小的限制,但会收到本机总内存(RAM以及SWAP/分页文件)大小以及处理器寻址空间的限制。
  • 设置Xmx等参数信息时注意不能忽略直接内存,不然会引起OOM。

HotSpot虚拟机