JVM理论与实践【内存结构】

学Java三年有余，对自己来说JVM一直以来都是黑匣子，看不懂，摸不透。作为一个有技术情节、略带些许完美主义情节的攻城狮，不了解JVM似乎有时候夜不能寐，总觉得有一个未知的世界自己需要探索。理论为实践服务，学习JVM不是因为它好玩，其实一点都不好玩，只是因为它有用罢了。实用主义者总比快餐主义让人踏实。 好吧，好奇心害死猫（Curiosity kills the cat），中秋佳节还面对电脑，真是罪过。闲话不多说了，否则显得自己很没礼貌。

       学习JVM原理之前，只知道JVM的内存结构有堆、栈之分，堆中存放对象，栈中存放对象的引用。事实上，情况远比上面的一句话复杂的多，当然我仍然没忘记自己是实用主义者，因为我实在想不出有什么理由，去花费大把的时间去和JVM纠缠。

 

【JVM的内存结构】

       简单起见，可以将JVM的内存结构划分为Java堆、虚拟机栈、方法区、本地方法栈、运行时常量池和直接内存。这样的划分不见得合理、或者逻辑清晰，只是为了学习方便而已。如下图所示：

 1. Java堆：Heap

    是运行时的数据区，主要用来存放Java的对象、数组内容。

 2. 虚拟机栈：Virtual Machine Stacks

    也可以称之为线程栈，是线程运行的内存区域，存放对象的引用（对象在堆中存放的内存地址），通过对象的引用来访问对象或者数组。

 3.  方法区：Method Area

    用来存放被虚拟机加载的类的相关信息（如类中的字段、方法的签名等）以及一些其他的元数据。方法区   在JVM规范中被描述为堆(Heap)的一个逻辑组成部分，但是通常称之为非堆(Non-Heap)内存，以表明其和     用来存放对象、数组的堆的不同。在Sun公司提供的HotSpot虚拟机中，方法区使用Java堆(Heap)中的永久代（Permanent Generation）来进行存放。

 4. 本地方法栈：Native Method Stacks

    用于运行本地方法(Native method)的内存区域，在Sun公司的HotSpot虚拟机中本地方法栈、线程栈共用一块内存区域。

 5. 运行时常量池：Runtime Constant Pool

    存放运行时的产生的大量常量，如字符串常量，存放在如上所述的方法区。

 6. 直接内存：Direct Memory

    JDK1.4中加入的NIO(非阻塞I/O)操作类、引入了基于通道(Channel)和缓冲(Buffer)的I/O方式，通过使用Native函数分配堆外内存，然后使用DirectByteBuffer对象来操作这块内存。直接内存和Java堆内存的分配没有任何交集，但是堆内存大小的设置会间接直接内存的可用空间。

 

【应用实例】

 1. 产生Java堆溢出：通过创建大量的对象，并且保持引用来实现。

     定义大对象： 

Java代码  

1. class MyObject {  
2.     byte[] buffer = new byte [1024 * 1024];   
3. }  

    创建对象，并添加到List集合以避免被垃圾回收器回收： 

Java代码  

1. List<MyObject> bufferList = new ArrayList<MyObject>();  
2. int i = 0;  
3. while(true) {  
4.     System.out.println("第" + (i++ + 1) + "次添加对象.");  
5.     bufferList.add(new MyObject());  
6. }  

     设置虚拟机参数： 

       右键Run As快捷菜单，选择“Run Configurations...”

       切换到Arguments选项卡，在VM Arguments文本框输入参数           

Shell代码  

1. -Xms20m -Xmx20m  

        运行程序，抛出Java堆内存溢出异常：

          java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

  2. 线程栈溢出：通过大量的递归调用来消耗线程栈内存。

    定义递归调用函数：

Java代码  

1. private int i =0;  
2.   
3. private void recursive() {  
4.     System.out.println(++ i);  
5.     recursive();  
6. }  

     设置VM Arguments参数：

Shell代码  

1. -Xss128k  

     运行该程序抛出栈溢出异常：

         java.lang.StackOverflowError

 

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 Ok，JVM内存结构学习到此结束，接下来该看看垃圾回收GC啦！