Java虚拟机浅浅析

Java SE体系架构

虚拟机的发展

• HotSpot VM
  目前适用范围最广的Java虚拟机
• JRocket VM
  号称“世界上最快的Java虚拟机”
• J9 VM
• Dalvik VM

未来的Java技术

• 模块化
• 混合语言
• 多核并行
• 丰富语法
• 64位
• 更强的垃圾回收

运行时数据区域

1. 定义
   Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域
2. 类型

• 程序计数器 （线程私有）
• 虚拟机栈（线程私有）
• 本地方法堆（线程私有）
• Java堆（线程共享）
• 方法区（运行时常量池，线程共享）
• 直接内存

程序计数器

是指向当前线程正在执行的字节码指令的地址（行号）（面试点）

为什么需要程序计数器（面试点）

• Java是多线程的，意味着存在线程切换
• 确保多线程情况下的程序正常执行

运行时数据区：栈

栈结构

数据结构

• 入口和出口只有一个
• 入栈
• 出栈

特点（面试点）

• 先进后出（FILO）

为什么JVM要使用栈（面试点）

因为非常符合Java中方法间的相互调用

public class StackFilo {
    public static void main(String[] args)
    {
        A();  //A()->B()->C()
    }
    public static  void A(){
        System.out.println("A开始");
        //此处省略100行代码
        B();//调用B方法
        System.out.println("A结束");
    }
    public static void B(){
        System.out.println("B开始");
        //此处省略100行代码
        C();//调用C方法
        System.out.println("B结束");
    }
    public static void C(){
        System.out.println("C开始");
        //此处省略100行代码
        System.out.println("C结束");
    }
}

//log
A开始 
B开始
C开始
C结束
B结束
A结束

虚拟机栈

• 定义
  存储当前线程运行方法所需的数据、指令、返回地址
• 栈帧
  每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧
  栈帧还可以划分

• 局部变量表
• 操作数栈
• 动态连接
• 返回地址

• 大小设置 （面试点）

• -Xss JDK 1.8默认1M）
• 只入栈不出栈，会栈溢出（常见于循环调用、递归调用处理不当）

public class JavaStack {
/*    public static class User{
        public int id = 0;
        public String name = "";
    }*/
    //常量
    final  String Fs ="常在河边走，哪有不湿鞋";
    //静态变量
    static String Ss ="以静制动";
    //次数
    int count =0 ;
    //King老师出差
    public void king(int money){
        //13号技师
        Object tech13 = new Object();
        //调用一次13号服务
        tech13.hashCode();
        int i;
        money = money -100; //花费100
        count++;
        //if(count ==2000) return;
        king(money);
     }
    public static void main(String[] args)throws Throwable {
        JavaStack javaStack = new JavaStack();
        try {
            javaStack.king(10000);
        }catch (Throwable e){
            //输出异常时循环的次数
            System.out.println("栈异常！调用方法(king)的次数()："+javaStack.count);
            throw e;
        }
    }
}

虚拟机栈的执行过程演示.png

本地方法栈

• 定义
  本地方法栈保存的是native方法的信息
• 当一个JVM创建的线程调用native方法后，JVM不再为其在虚拟机栈中创建栈帧，JVM只是简单的动态链接并直接调用native方法(例如hashCode()方法)
• 虚拟机规范无强制规定，每个版本虚拟机自由实现
  HotSpot直接把本地房发展和虚拟机栈合二为一

线程共享区域

方法区

• 类信息（class）
• 常量
• 静态变量
• 即时编译期编译后的代码

Java堆

• 对象实例（几乎所有的对象）
• 数组

堆的大小参数设置

• -Xmx 堆区内存可被分配的最大上限
• -Xms 堆区内存出事内存分配的大小

直接内存

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

• 如果使用了NIO，这块区域会被频繁使用，在java堆内可以用directByteBuffer对象直接引用并操作
• 这块内存不受java堆大小限制，但受本机总内存的限制，可以通过MaxDirectMemorySize来设置（默认与堆内存最大值一样），所以也会出现OOM异常

深入辨析堆和栈

功能

• 以栈帧的方式存储方法调用的过程，并存储方法调用过程中基本数据类型的变量（int、short、long、byte、float、double、boolean、char）以及对象的引用变量（ref），其内存分配在栈上，变量出了作用域就会自动释放
• 而堆内存用来存储Java中的对象，无论是成员变量、局部变量，还是类变量，他们指向的对象都存储在堆内存中。

线程独享还是共享

• 栈内存归属于单个线程，每个线程都会有一个栈内存，其存储的变量只能在其所属线程中可见，即占内存可以理解成线程的私有内存。
• 堆内存中的对象对所有线程可见。堆内存中的对象可以被所有线程访问。

空间大小

• 栈的内存要远远小于堆内存，栈的深度是有限制的，可能发生StackOverFlowError的问题

虚拟机中对象

对象的内存布局

对象的访问定位

虚拟机优化技术--逃逸分析

逃逸分析

逃逸分析是目前JVM中比较前沿的优化技术，它不是直接优化手段而是为其他优化手段提供依据的分析技术
逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域。

栈上分配

99% 对象都在堆上分配
1% 对象可能在创建时经逃逸分析，在栈上分配
如果是栈上分配，就不需要垃圾回收了，会随着线程的结束而消亡

public class StackAlloc {

    public static class User{
        public int id = 0;
        public String name = "";
    }

    
    public static void alloc() {
        User u = new User();  //Object  在堆上分配的() ,有逃逸分析的技术 ，在栈中分配的
        u.id = 5;
        u.name = "King";
    }

    public static void main(String[] args) {
        long b = System.currentTimeMillis(); //开始时间
        for(int i=0;i<100000000;i++) {//一个方法运行1亿次（）
            alloc();
        }
        long e = System.currentTimeMillis(); //结束时间
        System.out.println(e-b);//打印运行时间：毫秒
    }

}

牵扯到的JVM参数

-XX:+DoEscapeAnalysis:启用逃逸分析（默认打开）-XX:-DoEscapeAnalysis（关闭）
XX:DoEscapeAnalysis
-XX:+EliminateAllocations:标量替换（默认打开）
-XX:+UseTLAB 本地线程分配缓冲（默认打开）
-XX:+PrintGC（打印垃圾回收过程）