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深入Java核心 Java内存分配原理精讲

2013-03-01 20页 doc 76KB 9阅读

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深入Java核心 Java内存分配原理精讲深入Java核心 Java内存分配原理精讲 栈、堆、常量池虽同属Java内存分配时操作的区域,但其适用范围和功用却大不相同。本文将深入Java核心,详细讲解Java内存分配方面的知识。 AD:51CTO云计算架构师峰会 抢票进行中! Java内存分配与管理是Java的核心技术之一,之前我们曾介绍过Java的内存管理与内存泄露以及Java垃圾回收方面的知识,今天我们再次深入Java核心,详细介绍一下Java在内存分配方面的知识。一般Java在内存分配时会涉及到以下区域: ◆寄存器:我们在程序中无法控制 ◆栈:存放基本类型...
深入Java核心 Java内存分配原理精讲
深入Java核心 Java内存分配原理精讲 栈、堆、常量池虽同属Java内存分配时操作的区域,但其适用范围和功用却大不相同。本文将深入Java核心,详细讲解Java内存分配方面的知识。 AD:51CTO云计算架构师峰会 抢票进行中! Java内存分配与管理是Java的核心技术之一,之前我们曾介绍过Java的内存管理与内存泄露以及Java垃圾回收方面的知识,今天我们再次深入Java核心,详细介绍一下Java在内存分配方面的知识。一般Java在内存分配时会涉及到以下区域: ◆寄存器:我们在程序中无法控制 ◆栈:存放基本类型的数据和对象的引用,但对象本身不存放在栈中,而是存放在堆中 ◆堆:存放用new产生的数据 ◆静态域:存放在对象中用static定义的静态成员 ◆常量池:存放常量 ◆非RAM存储:硬盘等永久存储空间 Java内存分配中的栈 在函数中定义的一些基本类型的变量数据和对象的引用变量都在函数的栈内存中分配。 当在一段代码块定义一个变量时,Java就在栈中 为这个变量分配内存空间,当该变量退出该作用域后,Java会自动释放掉为该变量所分配的内存空间,该内存空间可以立即被另作他用。 Java内存分配中的堆 堆内存用来存放由new创建的对象和数组。 在堆中分配的内存,由Java虚拟机的自动垃圾回收器来管理。 在堆中产生了一个数组或对象后,还可以 在栈中定义一个特殊的变量,让栈中这个变量的取值等于数组或对象在堆内存中的首地址,栈中的这个变量就成了数组或对象的引用变量。 引用变量就相当于是 为数组或对象起的一个名称,以后就可以在程序中使用栈中的引用变量来访问堆中的数组或对象。引用变量就相当于是为数组或者对象起的一个名称。 引用变量是普通的变量,定义时在栈中分配,引用变量在程序运行到其作用域之外后被释放。而数组和对象本身在堆中分配,即使程序 运行到使用 new 产生数组或者对象的语句所在的代码块之外,数组和对象本身占据的内存不会被释放,数组和对象在没有引用变量指向它的时候,才变为垃圾,不能在被使用,但仍 然占据内存空间不放,在随后的一个不确定的时间被垃圾回收器收走(释放掉)。这也是 Java 比较占内存的原因。 实际上,栈中的变量指向堆内存中的变量,这就是Java中的指针! 常量池 (constant pool) 常量池指的是在编译期被确定,并被保存在已编译的.class文件中的一些数据。除了包含代码中所定义的各种基本类型(如int、long等等)和对象型(如String及数组)的常量值(final)还包含一些以文本形式出现的符号引用,比如: ◆类和接口的全限定名; ◆字段的名称和描述符; ◆方法和名称和描述符。 虚拟机必须为每个被装载的类型维护一个常量池。常量池就是该类型所用到常量的一个有序集和,包括直接常量(string,integer和 floating point常量)和对其他类型,字段和方法的符号引用。 对于String常量,它的值是在常量池中的。而JVM中的常量池在内存当中是以表的形式存在的, 对于String类型,有一张固定长度的CONSTANT_String_info表用来存储文字字符串值,注意:该表只存储文字字符串值,不存储符号引 用。说到这里,对常量池中的字符串值的存储位置应该有一个比较明了的理解了。 在程序执行的时候,常量池 会储存在Method Area,而不是堆中。 堆与栈 Java的堆是一个运行时数据区,类的(对象从中分配空间。这些对象通过new、newarray、 anewarray和multianewarray等指令建立,它们不需要程序代码来显式的释放。堆是由垃圾回收来负责的,堆的优势是可以动态地分配内存 大小,生存期也不必事先告诉编译器,因为它是在运行时动态分配内存的,Java的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是,由于要在运行时动态 分配内存,存取速度较慢。 栈的优势是,存取速度比堆要快,仅次于寄存器,栈数据可以共享。但缺点是,存在栈中的数据大小与生存期必须是 确定的,缺乏灵活性。栈中主要存放一些基本类型的变量数据(int, short, long, byte, float, double, boolean, char)和对象句柄(引用)。 栈有一个很重要的特殊性,就是存在栈中的数据可以共享。假设我们同时定义: int a = 3; int b = 3; 编译器先处理int a = 3;首先它会在栈中创建一个变量为a的引用,然后查找栈中是否有3这个值,如果没找到,就将3存放进来,然后将a指向3。接着处理int b = 3;在创建完b的引用变量后,因为在栈中已经有3这个值,便将b直接指向3。这样,就出现了a与b同时均指向3的情况。 这时,如果再令 a=4;那么编译器会重新搜索栈中是否有4值,如果没有,则将4存放进来,并令a指向4;如果已经有了,则直接将a指向这个地址。因此a值的改变不会影响 到b的值。 要注意这种数据的共享与两个对象的引用同时指向一个对象的这种共享是不同的,因为这种情况a的修改并不会影响到b, 它是由编译器完成的,它有利于节省空间。而一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态,会影响到另一个对象引用变量。 String是一个特殊的包装类数据。可以用: String str = new String("abc"); String str = "abc"; 两种的形式来创建,第一种是用new()来新建对象的,它会在存放于堆中。每调用一次就会创建一个新的对象。而第二种是先在栈中创建一个对String类的对象引用变量str,然后通过符号引用去字符串常量池 里找有没有"abc",如果没有,则将"abc"存放进字符串常量池 ,并令str指向”abc”,如果已经有”abc” 则直接令str指向“abc”。 比较类里面的数值是否相等时,用equals()方法;当测试两个包装类的引用是否指向同一个对象时,用==,下面用例子说明上面的理论。 String str1 = "abc"; String str2 = "abc"; System.out.println(str1==str2); //true 可以看出str1和str2是指向同一个对象的。 String str1 =new String ("abc"); String str2 =new String ("abc"); System.out.println(str1==str2); // false 用new的方式是生成不同的对象。每一次生成一个。 因此用第一种方式创建多个”abc”字符串,在内存中 其实只存在一个对象而已. 这种写法有利与节省内存空间. 同时它可以在一定程度上提高程序的运行速度,因为JVM会自动根据栈中数据的实际情况来决定是否有必要创建新对象。而对于String str = new String("abc");的代码,则一概在堆中创建新对象,而不管其字符串值是否相等,是否有必要创建新对象,从而加重了程序的负担。 另 一方面, 要注意: 我们在使用诸如String str = "abc";的格式定义类时,总是想当然地认为,创建了String类的对象str。担心陷阱!对象可能并没有被创建!而可能只是指向一个先前已经创建的 对象。只有通过new()方法才能保证每次都创建一个新的对象。 由于String类的immutable性质,当String变量需要经常变换 其值时,应该考虑使用StringBuffer类,以提高程序效率。 1. 首先String不属于8种基本数据类型,String是一个对象。因为对象的默认值是null,所以String的默认值也是null;但它又是一种特殊的对象,有其它对象没有的一些特性。 2. new String()和new String(”")都是申明一个新的空字符串,是空串不是null; 3. String str=”kvill”;String str=new String (”kvill”)的区别 示例: String s0="kvill"; String s1="kvill"; String s2="kv" + "ill"; System.out.println( s0==s1 ); System.out.println( s0==s2 ); 结果为: true true 首先,我们要知结果为道Java 会确保一个字符串常量只有一个拷贝。 因为例子中的 s0和s1中的”kvill”都是字符串常量,它们在编译期就被确定了,所以s0==s1为true;而”kv”和”ill”也都是字符串常量,当一个字 符串由多个字符串常量连接而成时,它自己肯定也是字符串常量,所以s2也同样在编译期就被解析为一个字符串常量,所以s2也是常量池中” kvill”的一个引用。所以我们得出s0==s1==s2;用new String() 创建的字符串不是常量,不能在编译期就确定,所以new String() 创建的字符串不放入常量池中,它们有自己的地址空间。 示例: String s0="kvill"; String s1=new String("kvill"); String s2="kv" + new String("ill"); System.out.println( s0==s1 ); System.out.println( s0==s2 ); System.out.println( s1==s2 ); 结果为: false false false 例2中s0还是常量池 中"kvill”的应用,s1因为无法在编译期确定,所以是运行时创建的新对象”kvill”的引用,s2因为有后半部分 new String(”ill”)所以也无法在编译期确定,所以也是一个新创建对象”kvill”的应用;明白了这些也就知道为何得出此结果了。 4. String.intern(): 再补充介绍一点:存在于.class文件中的常量池,在运行期被JVM装载,并且可以扩充。String的 intern()方法就是扩充常量池的 一个方法;当一个String实例str调用intern()方法时,Java 查找常量池中 是否有相同Unicode的字符串常量,如果有,则返回其的引用,如果没有,则在常 量池中增加一个Unicode等于str的字符串并返回它的引用;看示例就清楚了 示例: String s0= "kvill"; String s1=new String("kvill"); String s2=new String("kvill"); System.out.println( s0==s1 ); System.out.println( "**********" ); s1.intern(); s2=s2.intern(); //把常量池中"kvill"的引用赋给s2 System.out.println( s0==s1); System.out.println( s0==s1.intern() ); System.out.println( s0==s2 ); 结果为: false false //虽然执行了s1.intern(),但它的返回值没有赋给s1 true //说明s1.intern()返回的是常量池中"kvill"的引用 true 最后我再破除一个错误的理解:有人说,“使用 String.intern() 方法则可以将一个 String 类的保存到一个全局 String 表中 ,如果具有相同值的 Unicode 字符串已经在这个表中,那么该方法返回表中已有字符串的地址,如果在表中没有相同值的字符串,则将自己的地址注册到表中”如果我把他说的这个全局的 String 表理解为常量池的话,他的最后一句话,”如果在表中没有相同值的字符串,则将自己的地址注册到表中”是错的: 示例: String s1=new String("kvill"); String s2=s1.intern(); System.out.println( s1==s1.intern() ); System.out.println( s1+" "+s2 ); System.out.println( s2==s1.intern() ); 结果: false kvill kvill true 在这个类中我们没有声名一个”kvill”常量,所以常量池中一开始是没有”kvill”的,当我们调用s1.intern()后就在常量池中新添加了一 个”kvill”常量,原来的不在常量池中的”kvill”仍然存在,也就不是“将自己的地址注册到常量池中”了。 s1==s1.intern() 为false说明原来的”kvill”仍然存在;s2现在为常量池中”kvill”的地址,所以有s2==s1.intern()为true。 5. 关于equals()和==: 这个对于String简单来说就是比较两字符串的Unicode序列是否相当,如果相等返回true;而==是 比较两字符串的地址是否相同,也就是是否是同一个字符串的引用。 6. 关于String是不可变的 这一说又要说很多,大家只 要知道String的实例一旦生成就不会再改变了,比如说:String str=”kv”+”ill”+” “+”ans”; 就是有4个字符串常量,首先”kv”和”ill”生成了”kvill”存在内存中,然后”kvill”又和” ” 生成 “kvill “存在内存中,最后又和生成了”kvill ans”;并把这个字符串的地址赋给了str,就是因为String的”不可变”产生了很多临时变量,这也就是为什么建议用StringBuffer的原 因了,因为StringBuffer是可改变的。 下面是一些String相关的常见问: String中的final用法和理解 final StringBuffer a = new StringBuffer("111"); final StringBuffer b = new StringBuffer("222"); a=b;//此句编译不通过 final StringBuffer a = new StringBuffer("111"); a.append("222");// 编译通过 可见,final只对引用的"值"(即内存地址)有效,它迫使引用只能指向初始指向的那个对象,改变它的指向会导致编译期错误。至于它所指向的对象 的变化,final是不负责的。 String常量池问题的几个例子 下面是几个常见例子的比较和理解: String a = "a1"; String b = "a" + 1; System.out.println((a == b)); //result = true String a = "atrue"; String b = "a" + "true"; System.out.println((a == b)); //result = true String a = "a3.4"; String b = "a" + 3.4; System.out.println((a == b)); //result = true 分析:JVM对于字符串常量的"+"号连接,将程序编译期,JVM就将常量字符串的"+"连接优化为连接后的值,拿"a" + 1来说,经编译器优化后在class中就已经是a1。在编译期其字符串常量的值就确定下来,故上面程序最终的结果都为true。 String a = "ab"; String bb = "b"; String b = "a" + bb; System.out.println((a == b)); //result = false 分析:JVM对于字符串引用,由于在字符串的"+"连接中,有字符串引用存在,而引用的值在程序编译期是无法确定的,即"a" + bb无法被编译器优化,只有在程序运行期来动态分配并将连接后的新地址赋给b。所以上面程序的结果也就为false。 String a = "ab"; final String bb = "b"; String b = "a" + bb; System.out.println((a == b)); //result = true 分析:和[3]中唯一不同的是bb字符串加了final修饰,对于final修饰的变量,它在编译时被解析为常量值的一个本地拷贝存储到自己的常量 池中或嵌入到它的字节码流中。所以此时的"a" + bb和"a" + "b"效果是一样的。故上面程序的结果为true。 String a = "ab"; final String bb = getBB(); String b = "a" + bb; System.out.println((a == b)); //result = false private static String getBB() { return "b"; } 分析:JVM对于字符串引用bb,它的值在编译期无法确定,只有在程序运行期调用方法后,将方法的返回值和"a"来动态连接并分配地址为b,故上面 程序的结果为false。 通过上面4个例子可以得出得知: String s = "a" + "b" + "c"; 就等价于String s = "abc"; String a = "a"; String b = "b"; String c = "c"; String s = a + b + c; 这个就不一样了,最终结果等于: StringBuffer temp = new StringBuffer(); temp.append(a).append(b).append(c); String s = temp.toString(); 由上面的分析结果,可就不难推断出String 采用连接运算符(+)效率低下原因分析,形如这样的代码: public class Test { public static void main(String args[]) { String s = null; for(int i = 0; i < 100; i++) { s += "a"; } } } 每做一次 + 就产生个StringBuilder对象,然后append后就扔掉。下次循环再到达时重新产生个StringBuilder对象,然后 append 字符串,如此循环直至结束。如果我们直接采用 StringBuilder 对象进行 append 的话,我们可以节省 N - 1 次创建和销毁对象的时间。所以对于在循环中要进行字符串连接的应用,一般都是用StringBuffer或StringBulider对象来进行 append操作。 String对象的intern方法理解和分析: public class Test4 { private static String a = "ab"; public static void main(String[] args){ String s1 = "a"; String s2 = "b"; String s = s1 + s2; System.out.println(s == a);//false System.out.println(s.intern() == a);//true } } 这里用到Java里面是一个常量池的问题。对于s1+s2操作,其实是在堆里面重新创建了一个新的对象,s保存的是这个新对象在堆空间的的内容,所 以s与a的值是不相等的。而当调用s.intern()方法,却可以返回s在常量池中的地址值,因为a的值存储在常量池中,故s.intern和a的值相等。 总结 栈中用来存放一些原始数据类型的局部变量数据和对象的引用(String,数组.对象等等)但不存放对象内容 堆中存放使用new关键字创建的对象. 字符串是一个特殊包装类,其引用是存放在栈里的,而对象内容必须根据创建方式不同定(常量池和堆).有的是编译期就已经创建好,存放在字符串常 量池中,而有的是运行时才被创建.使用new关键字,存放在堆中。 全面解析Java内存分配(1) 2010-09-25 14:12 admin douban.com 我要评论(0) 字号:T | T 本文向大家简单介绍一下Java内存分配的概念,Java 程序运行时的内存结构分成:方法区、栈内存、堆内存、本地方法栈几种。 AD:51CTO云计算架构师峰会 抢票进行中! 你对Java内存分配的概念是否熟悉,这里和大家分享一下,Java 程序运行时的内存结构分成:方法区、栈内存、堆内存、本地方法栈几种。栈和堆都是数据结构的知识,如果不清楚,没有关系,就当成一个不同的名字就好了,下面的讲解不需要用到它们具体的知识。 Java内存分配 1:方法区 方法区存放装载的类数据信息包括: (1):基本信息: 1)每个类的全限定名 2)每个类的直接超类的全限定名(可约束类型转换) 3)该类是类还是接口 4)该类型的访问修饰符 5)直接超接口的全限定名的有序列表 (2):每个已装载类的详细信息: 1)运行时常量池: 存放该类型所用的一切常量(直接常量和对其它类型、字段、方法的符号引用),它们以数组形式通过索引被访问,是外部调用与类联系及类型对象化的桥梁。它是类文件(字节码)常量池的运行时表示。(还有一种静态常量池,在字节码文件中)。 2)字段信息: 类中声明的每一个字段的信息(名,类型,修饰符)。 3)方法信息: 类中声明的每一个方法的信息(名,返回类型,参数类型,修饰符,方法的字节码和异常表)。 4)静态变量 5)到类classloader的引用:即到该类的类装载器的引用。 6)到类class 的引用: 虚拟机为每一个被装载的类型创建一个class 实例,用来代表这个被装载的类。下面我们看一下Java内存分配中的栈内存。 2:栈内存 Java 栈内存以帧的形式存放本地方法的调用状态(包括方法调用的参数,局部变量,中间结果等)。每调用一个方法就将对应该方法的方法帧压入Java 栈,成为当前方法帧。当调用结束(返回)时,就弹出该帧。 编译器将源代码编译成字节码(.class)时,就已经将各种类型的方法的局部变量,操作数栈大小确定并放在字节码中,随着类一并装载入方法区。当调用方法时,通过访问方法区中的类的信息,得到局部变量以及操作数栈的大小。 也就是说:在方法中定义的一些基本类型的变量和对象的引用变量都在方法的栈内存中分配。当在一段代码块定义一个变量时,Java 就在栈中为这个变量分配内存空间,当超过变量的作用域后,Java 会自动释放掉为该变量所分配的内存空间,该内存空间可以立即被另作它用。 栈内存的构成: Java 栈内存由局部变量区、操作数栈、帧数据区组成。 (1):局部变量区为一个以字为单位的数组,每个数组元素对应一个局部变量的值。调用方法时,将方法的局部变量组成一个数组,通过索引来访问。若为非静态方法,则加入一个隐含的引用参数this,该参数指向调用这个方法的对象。而静态方法则没有this参数。因此,对象无法调用静态方法。 (2):操作数栈也是一个数组,但是通过栈操作来访问。所谓操作数是那些被指令操作的数据。当需要对参数操作时如a=b+c,就将即将被操作的参数压栈,如将b 和c 压栈,然后由操作指令将它们弹出,并执行操作。虚拟机将操作数栈作为工作区。 (3):帧数据区处理常量池解析,异常处理等 3:堆内存 放由new 创建的对象和数组。在堆中分配的内存,由Java 虚拟机的自动垃圾回收器来管理。 在堆中产生了一个数组或对象后,还可以在栈中定义一个特殊的变量,让栈中这个变量的取值等于数组或对象在堆内存中的首地址,栈中的这个变量就成了数组或对象的引用变量。引用变量就相当于是为数组或对象起的一个名称,以后就可以在程序中使用栈中的引用变量来访问堆中的数组或对象。 栈内存和堆内存比较 Java内存分配中栈与堆都是Java 用来在内存中存放数据的地方。与C++不同,Java 自动管理栈和堆,程序员不能直接地设置栈或堆。 Java 的堆是一个运行时数据区,对象从中分配空间。堆的优势是可以动态地分配内存大小,生存期也不必事先告诉编译器,因为它是在运行时动态分配内存的,Java 的垃圾收集器会自动收走这些不再使用的数据。但缺点是,由于要在运行时动态分配内存,存取速度较慢。 栈的优势是,存取速度比堆要快,仅次于寄存器,栈数据可以共享。但缺点是,存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的,缺乏灵活性。栈中主要存放一些基本类型的变量(int,short, long, byte, float, double, boolean, char)和对象句柄。 栈有一个很重要的特殊性,就是存在栈中的数据可以共享。假设我们同时定义: int a = 3; int b = 3; 编译器先处理int a = 3;首先它会在栈中创建一个变量为a 的引用,然后查找栈中是否有3 这个值,如果没找到,就将3 存放进来,然后将a 指向3。接着处理int b = 3;在创建完b 的引用变量后,因为在栈中已经有3这个值,便将b 直接指向3。这样,就出现了a 与b 同时均指向3的情况。内存示意图如下: 这时,如果再令a=4;那么编译器会重新搜索栈中是否有4 值,如果没有,则将4 存放进来,并令a 指向4;如果已经有了,则直接将a指向这个地址。因此a 值的改变不会影响到b 的值。要注意这种数据的共享与两个对象的引用同时指向一个对象的这种共享是不同的,因为这种情况a 的修改并不会影响到b, 它是由编译器完成的,它有利于节省空间。此时的内存分配示意图如下: 而一个对象引用变量修改了这个对象的内部状态,会影响到另一个对象引用变量。 4:本地方法栈内存 与调用的本地方法的语言相关,如调用的是一个c语言方法则为一个c 栈。本地方法可以回调java方法。若有java方法调用本地方法,虚拟机就运行这个本地方法。 在虚拟机看来运行这个本地方法就是执行这个java 方法,如果本地方法抛出异常,虚拟机就认为是这个java 方法抛出异常。 Java 通过Java 本地接口JNI(Java Native Interface)来调用其它语言编写的程序, 在Java 里面用native 修饰符来描述一个方法是本地方法。这个了解一下就好了。 5:String 的Java内存分配 String 是一个特殊的包装类数据。可以用: String str = new String("abc"); String str = "abc"; 两种的形式来创建,第一种是用new()来新建对象的,它会在存放于堆中。每调用一次就会创建一个新的对象。 而第二种是先在栈中创建一个对String 类的对象引用变量str,然后查找栈中有没有存放"abc",如果没有,则将"abc"存放进栈,并令str指向”abc”,如果已经有”abc” 则直接令str指向“abc”。 比较类里面的数值是否相等时,用equals()方法;当测试两个包装类的引用是否指向同一个对象时,用==,下面用例子说明上面的理论。 String str1 = "abc"; String str2 = "abc"; System.out.println(str1==str2); //true 可以看出str1 和str2 是指向同一个对象的。 String str1 = new String ("abc"); String str2 = new String ("abc"); System.out.println(str1==str2); // false 用new 的方式是生成不同的对象。每一次生成一个。 因此用第一种方式创建多个”abc”字符串,在内存中其实只存在一个对象而已。这种写法有利于节省内存空间。同时它可以在一定程度上提高程序的运行速度,因为JVM会自动根据栈中数据的实际情况来决定是否有必要创建新对象。而对于String str = newString("abc");的代码,则一概在堆中创建新对象,而不管其字符串值是否相等,是否有必要创建新对象,从而加重了程序的负担。 另一方面, 要注意: 我们在使用诸如String str = "abc";的格式时,总是想当然地认为,创建了String 类的对象str。担心陷阱!对象可能并没有被创建!而可能只是指向一个先前已经创建的对象。只有通过new()方法才能保证每次都创建一个新的对象。 由于String类的值不可变性(immutable),当String 变量需要经常变换其值时,应该考虑使用StringBuffer 或StringBuilder 类,以提高程序效率。 Java虚拟机内部构成浅析 2009-06-18 13:51 佚名 JavaEye 我要评论(0) 字号:T | T Java虚拟机由五部分组成:指令集、寄存器、栈、无用单元回收堆、方法区域,本文将带您深入Java虚拟机的内部体系。 AD: 51CTO云计算架构师峰会 抢票进行中! Java虚拟机是一个想象中的机器,正如其名是虚拟的。在实际计算机上市通过软件模拟实现的。它有虚拟的硬件,如处理器、堆栈、寄存器等,还有相应的指令系统。它屏蔽了与具体平台相关的信息,使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码即字节码,这样就可以在多个平台上不加修改的运行。Java虚拟机在执行字节码时,把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。这正是Java语言具有与平台无关性的原因。 Java虚拟机由五部分组成:指令集、寄存器、栈、无用单元回收堆(garbage-collected-heap)、方法区域。它们构成了Java虚拟机的逻辑成份,不依赖任何实现技术或组织方式,但他们的功能必须在真实机器上以某种方式实现。Java虚拟机支持大约248个字节码。每个字节码执行一种基本的CPU运算,例如,把一个整数加到寄存器,子程序转移等。Java指令集相当于Java程序的汇编语言。其中的指令包含一个单字节的操作符,用于指定要执行的操作,还有0个或多个操作数,提供操作所需的参数或数据。许多指令没有操作数,仅有一个单字节的操作符构成。虚拟机的內层循环的执行过程如下: do{取一个操作符字节:根据操作符的值执行一个动作;}while(程序未结束) 由于指令系统的简单性,使得虚拟机的执行过程十分简单,从而有利于提高执行效率。指令中操作数的数量和大小是由操作符决定的。如果操作数比一个字节大那么它存储的顺序是高字节优先。例如,一个16位的参数存放时占用两个字节,其值为第一个字节×256+第二个字节。字节码指令流一般只是字节对齐的。指令tableswitch和lookup是例外,这两条指令内部要求强制的4字节边界对齐。 Java虚拟机的寄存器用于保存机器的运行状态,与微处理器中的某些专用寄存器类似。Java虚拟机的寄存器有4种:pc:Java程序计数器,optop:指向操作数栈顶端的指针,frame:指向当前执行环境的指针,vars:指向当前执行方法的局部变量区第一个变量的指针。Java虚拟机是栈式的,他不定义或使用寄存器来传递或接受参数,其目的是为了保证指令集的简洁性和实现时的高效性特别是对于寄存器数目不多的处理器。所有寄存器 都是32位的。 Java虚拟机的栈有三个区域:局部变量区、运行环境区、操作数区。局部变量区每个Java方法使用一个固定大小的局部变量集。它们按照与ars寄存器的字偏移量来寻址。局部变量都是32位的。长整数和双精度浮点数占据了2个局部变量的空间,却按照第一个局部变量的索引来寻址。虚拟机规范并不要求在局部变量中的64 为的值是64位对其的虚拟机提供了把局部变量中的值装载到操作数栈的指令,也提供了把操作数栈中的值写入局部变量的指令。 在运行环境中包含的信息用于动态链接,正常的方法返回以及异常传播。运行环境包括对指向当前类和当前方法的解释器符号表的指针,用于支持方法代码的动态链接。方法的class文件代码在引用要调用的方法和要访问的变量时使用符号。动态链接把符号形式的方法调用翻译成实际方法调用,装载必要的类以解释还没有定义的符号,并把变量访问翻译成与这些变量运行时的存贮结构相应的偏移地址。动态链接方法和变量使的方法中使用的其它类的变化不会影响到本程序的代码。如果当前方法正常地结束了,在执行了一条具有正确类型的返回指令时,调用的方法会得到一个返回值。执行环境在正常返回的情况下用于恢复调用者的寄存器,并把调用者的寄存器计算器增加一个恰当的值,一跳过已执行过的方法。调用指令然后再调用者的执行环境中继续执行下去。异常情况下在Java中被称作error(错误)或exception(异常),是throwable类的子类。在程序中出错的原因是动态链接出错如无法找到所需class文件,运行时出错如一个空指针的引用。程序使用了throw语句。 当异常发生时,Java虚拟机采取如下措施:检查与当前方法相关的catch子句表,每个catch子句包含其有效指令范围,能够处理异常类型以及处理异常代码块地址。与异常相匹配的catch子句应该符合一下条件:造成异常的指令在指令范围内,发生异常类型是其能够处理的异常类型的子类型。如果找到了匹配的catch子句,那么系统转到异常处理模块执行;否则重复寻找直到找到为止。如果找不到则得到一个“未截获异常”的结果并返回到当前方法的调用者好像异常刚刚在其调用者中发生一样。如果调用者仍然没有找到相应的异常处理,那么系统将调用一个缺省的异常处理模块。 机器指令只从操作数栈中取操作数,对他们进行操作,并把结果返回到栈中。栈用于给方法传递参数并从方法接受结果,也用于支持操作数的参数并保存操作结果。Java的堆是一个运行时数据区,类的实例从中分配空间。Java语言有无用单元回收功能:不给程序员显式释放对象的能力。不规定具体使用的无用单元收集算法。可以根据系统需求使用各种各样的算法。 方法区与传统语言中的编译后代码或是unix进程中的正文段相似。保存方法代码(编译后的Java代码)和符号表。在当前的Java实现中,方法代码不包括在无用回收集堆中但在将来的版本实现。 Java内存溢出的详细解决 2009-06-16 11:01 佚名 网络 我要评论(1) 字号:T | T 本文介绍了Java内存溢出的详细解决方案。本文总结内存溢出主要有两种情况,而JVM经常调用垃圾回收器解决内存堆不足的问题,但是有时仍会有内存不足的错误。作者分析了JVM内存区域组成及JVM设置虚拟内存的方式,从而给出了一系列解决方案。 AD: 51CTO云计算架构师峰会 抢票进行中! 一、内存溢出类型 1、java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space JVM管理两种类型的内存,堆和非堆。堆是给开发人员用的上面说的就是,是在JVM启动时创建;非堆是留给JVM自己用的,用来存放类的信息的。它和堆不同,运行期内GC不会释放空间。如果web app用了大量的第三方jar或者应用有太多的class文件而恰好MaxPermSize设置较小,超出了也会导致这块内存的占用过多造成溢出,或者tomcat热部署时侯不会清理前面加载的环境,只会将context更改为新部署的,非堆存的内容就会越来越多。 PermGen space的全称是Permanent Generation space,是指内存的永久保存区域,这块内存主要是被JVM存放Class和Meta信息的,Class在被Loader时就会被放到PermGen space中,它和存放类实例(Instance)的Heap区域不同,GC(Garbage Collection)不会在主程序运行期对PermGen space进行清理,所以如果你的应用中有很CLASS的话,就很可能出现PermGen space错误,这种错误常见在web服务器对JSP进行pre compile的时候。如果你的WEB APP下都用了大量的第三方jar, 其大小超过了jvm默认的大小(4M)那么就会产生此错误信息了。 一个最佳的配置例子:(经过本人验证,自从用此配置之后,再未出现过tomcat死掉的情况) set JAVA_OPTS=-Xms800m -Xmx800m -XX:PermSize=128M -XX:MaxNewSize=256m -XX:MaxPermSize=256m 2、java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 第一种情况是个补充,主要存在问题就是出现在这个情况中。其默认空间(即-Xms)是物理内存的1/64,最大空间(-Xmx)是物理内存的1/4。如果内存剩余不到40%,JVM就会增大堆到Xmx设置的值,内存剩余超过70%,JVM就会减小堆到Xms设置的值。所以服务器的Xmx和Xms设置一般应该设置相同避免每次GC后都要调整虚拟机堆的大小。假设物理内存无限大,那么JVM内存的最大值跟操作系统有关,一般32位机是1.5g到3g之间,而64位的就不会有限制了。 注意:如果Xms超过了Xmx值,或者堆最大值和非堆最大值的总和超过了物理内存或者操作系统的最大限制都会引起服务器启动不起来。 垃圾回收GC的角色 JVM调用GC的频度还是很高的,主要两种情况下进行垃圾回收: 当应用程序线程空闲;另一个是java内存堆不足时,会不断调用GC,若连续回收都解决不了内存堆不足的问题时,就会报out of memory错误。因为这个异常根据系统运行环境决定,所以无法预期它何时出现。 根据GC的机制,程序的运行会引起系统运行环境的变化,增加GC的触发机会。 为了避免这些问题,程序的设计和编写就应避免垃圾对象的内存占用和GC的开销。显示调用System.GC()只能建议JVM需要在内存中对垃圾对象进行回收,但不是必须马上回收, 一个是并不能解决内存资源耗空的局面,另外也会增加GC的消耗。 二、JVM内存区域组成 简单的说java中的堆和栈 java把内存分两种:一种是栈内存,另一种是堆内存 1。在函数中定义的基本类型变量和对象的引用变量都在函数的栈内存中分配; 2。堆内存用来存放由new创建的对象和数组 在函数(代码块)中定义一个变量时,java就在栈中为这个变量分配内存空间,当超过变量的作用域后,java会自动释放掉为该变量所分配的内存空间;在堆中分配的内存由java虚拟机的自动垃圾回收器来管理 堆的优势是可以动态分配内存大小,生存期也不必事先告诉编译器,因为它是在运行时动态分配内存的。缺点就是要在运行时动态分配内存,存取速度较慢; 栈的优势是存取速度比堆要快,缺点是存在栈中的数据大小与生存期必须是确定的无灵活性。 java堆分为三个区:New、Old和Permanent GC有两个线程: 新创建的对象被分配到New区,当该区被填满时会被GC辅助线程移到Old区,当Old区也填满了会触发GC主线程遍历堆内存里的所有对象。Old区的大小等于Xmx减去-Xmn java栈存放 栈调整:参数有+UseDefaultStackSize -Xss256K,表示每个线程可申请256k的栈空间 每个线程都有他自己的Stack 三、JVM如何设置虚拟内存 提示:在JVM中如果98%的时间是用于GC且可用的Heap size 不足2%的时候将抛出此异常信息。 提示:Heap Size 最大不要超过可用物理内存的80%,一般的要将-Xms和-Xmx选项设置为相同,而-Xmn为1/4的-Xmx值。 提示:JVM初始分配的内存由-Xms指定,默认是物理内存的1/64;JVM最大分配的内存由-Xmx指定,默认是物理内存的1/4。 默认空余堆内存小于40%时,JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制;空余堆内存大于70%时,JVM会减少堆直到-Xms的最小限制。因此服务器一般设置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC 后调整堆的大小。 提示:假设物理内存无限大的话,JVM内存的最大值跟操作系统有很大的关系。 简单的说就32位处理器虽然可控内存空间有4GB,但是具体的操作系统会给一个限制, 这个限制一般是2GB-3GB(一般来说Windows系统下为1.5G-2G,Linux系统下为2G-3G),而64bit以上的处理器就不会有限制了 提示:注意:如果Xms超过了Xmx值,或者堆最大值和非堆最大值的总和超过了物理内存或者操作系统的最大限制都会引起服务器启动不起来。 提示:设置NewSize、MaxNewSize相等,"new"的大小最好不要大于"old"的一半,原因是old区如果不够大会频繁的触发"主" GC ,大大降低了性能 JVM使用-XX:PermSize设置非堆内存初始值,默认是物理内存的1/64; 由XX:MaxPermSize设置最大非堆内存的大小,默认是物理内存的1/4。 解决方法:手动设置Heap size 修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.bat 在“echo "Using CATALINA_BASE: $CATALINA_BASE"”上面加入以下行: JAVA_OPTS="-server -Xms800m -Xmx800m -XX:MaxNewSize=256m" 四、性能检查工具使用 定位内存泄漏: JProfiler工具主要用于检查和跟踪系统(限于Java开发的)的性能。JProfiler可以通过时时的监控系统的内存使用情况,随时监视垃圾回收,线程运行状况等手段,从而很好的监视JVM运行情况及其性能。 1. 应用服务器内存长期不合理占用,内存经常处于高位占用,很难回收到低位; 2. 应用服务器极为不稳定,几乎每两天重新启动一次,有时甚至每天重新启动一次; 3. 应用服务器经常做Full GC(Garbage Collection),而且时间很长,大约需要30-40秒,应用服务器在做Full GC的时候是不响应客户的交易请求的,非常影响系统性能。 因为开发环境和产品环境会有不同,导致该问题发生有时会在产品环境中发生,通常可以使用工具跟踪系统的内存使用情况,在有些个别情况下或许某个时刻确实是使用了大量内存导致out of memory,这时应继续跟踪看接下来是否会有下降, 如果一直居高不下这肯定就因为程序的原因导致内存泄漏。 五、不健壮代码的特征及解决办法 1、尽早释放无用对象的引用。好的办法是使用临时变量的时候,让引用变量在退出活动域后,自动设置为null,暗示垃圾收集器来收集该对象,防止发生内存泄露。 对于仍然有指针指向的实例,jvm就不会回收该资源,因为垃圾回收会将值为null的对象作为垃圾,提高GC回收机制效率; 2、我们的程序里不可避免大量使用字符串处理,避免使用String,应大量使用StringBuffer,每一个String对象都得独立占用内存一块区域; String str = "aaa"; String str2 = "bbb"; String str3 = str + str2;//假如执行此次之后str ,str2以后再不被调用,那它就会被放在内存中等待Java的gc去回收,程序内过多的出现这样的情况就会报上面的那个错误,建议在使用字符串时能使用StringBuffer就不要用String,这样可以省不少开销; 3、尽量少用静态变量,因为静态变量是全局的,GC不会回收的; 4、避免集中创建对象尤其是大对象,JVM会突然需要大量内存,这时必然会触发GC优化系统内存环境;显示的声明数组空间,而且申请数量还极大。 这是一个案例想定供大家警戒 使用jspsmartUpload作文件上传,运行过程中经常出现java.outofMemoryError的错误, 检查之后发现问题:组件里的代码 m_totalBytes = m_request.getContentLength(); m_binArray = new byte[m_totalBytes]; 问题原因是totalBytes这个变量得到的数极大,导致该数组分配了很多内存空间,而且该数组不能及时释放。解决办法只能换一种更合适的办法,至少是不会引发outofMemoryError的方式解决。参考:http://bbs.xml.org.cn/blog/more.asp?name=hongrui&id=3747 5、尽量运用对象池技术以提高系统性能;生命周期长的对象拥有生命周期短的对象时容易引发内存泄漏,例如大集合对象拥有大数据量的业务对象的时候,可以考虑分块进行处理,然后解决一块释放一块的策略。 6、不要在经常调用的方法中创建对象,尤其是忌讳在循环中创建对象。可以适当的使用hashtable,vector 创建一组对象容器,然后从容器中去取那些对象,而不用每次new之后又丢弃 7、一般都是发生在开启大型文件或跟数据库一次拿了太多的数据,造成 Out Of Memory Error 的状况,这时就大概要计算一下数据量的最大值是多少,并且设定所需最小及最大的内存空间值。
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