Java虚拟机浅探

• 简介

　　　对于java开发人员了来说，对java虚拟机肯定有着或多或少的了解。因为有了虚拟机的存在，才会使得java的内存管理变得那么方便，不再像C++那样使用new/delete来直接管理内存。知名的java虚拟机有：Sun Classic/Exact VM（第一款商用虚拟机，已退役）、Sun HotSpot VM（最常用）、IBM J9 VM、Apache Harmony、Mircrosoft JVM等。了解虚拟机的机制和规则，对大型服务器的管理和开发都具有重要意义。

• 初步研读总结

　　　　　　　　　　　　　　

　　　　如图虚拟机的大致构成如上图，虚拟机通常由方法区，虚拟机栈，本地方法栈，堆和程序计数器构成。

　　　　程序计数器：程序计数器可以看成是当前线程所执行的字节码的行号指示器，也就是类似取址寄存器，解释器会取得它的值来执行下一条代码的指令。它只占很小的一块内存，通常是可以忽略的。

　　　　java虚拟机栈：这块内存是线程私有的，生命周期和线程的生命周期是一致的。它描述的是运行时方法的模型，每个方法会创建一个栈帧，存储局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

　　　　本地方法栈：java包中有部分方法带有native关键字，它的描述大致和虚拟机栈是差不多的，只不过面对的是native方法。

　　　　java堆：它是线程共享的一块资源，算是内存中最大的一块，存储大多数的对象实例，也就是new出来的那些。这块区域通常分为eden、新生代、老年代。当堆无法分配内存的时候就会产生：OOM（out of memory）异常。

　　　　方法区：和java堆有着差不多的特质，是各个线程共享的内存区，但是这个内存区（在HotSpot上）不会被GC（也成为永久代）。

　　　　运行时常量池：它是方法区的一部分，存储编译时期生成的各种字面量和符号引用。

　　　　对象的创建：入门的时候hello world写的大致是Hello h = new Hello()；这个new的指令就是产生一个对象，也就是在java堆中申请一个内存。一般虚拟机会先检查常量池中是否存在这个对象的引用、该类是否被解析加载过，如果没有则执行相应的类加载过程。java堆中内存是一块规划好的内存，它的两种规划方式是指针碰撞（Bump the Pointer）和空闲列表（Free List）。指针碰撞是内存化为使用过的内存和未使用的内存，中间用指针来隔绝，这是防止内存泄漏的手段（若A在申请内存的时候B没来得及释放，A分配到了B的内存就会引起内存泄漏）；空闲列表就是使用一个列表记录内存中尚未被使用的内存，也是一种防止内存泄漏的机制。内存分配完成之后就会把分配到的内存初始化为0值，所以我们申请的类的字段通常默认都是0.

　　　　对象的访问定位：第一种方式是通过java栈中的reference来指向堆中对象句柄的部分，句柄管理着具体的对象实例的内存，还有存在常量池的java数据类型；第二种方式是直接不用句柄，reference指向的是堆内存的具体对象位置。

• 实例分析

　　　打开eclipse，偏好设置，preferences的java下的install jres，设置内存的下限和上限

　　　　写一个语句来看看内存是否设置成功

　　　　当前堆内存的kb数，经过计算略小于32m一点，说明设置成功了。

　　　　接下来我们写一段程序

　　　　从结果来看，申请了273485个对象之后产生了内存溢出的异常，并且提示的是heap space。这说明了堆内存溢出。一般这种异常在程序中处理优化的思路就是，检查是否有无用对象存活过久没有gc、提高虚拟机内存的限制。

　　　　除了堆内存的溢出之外，方法栈和虚拟机栈也会有溢出的异常。它们的溢出分为两种，一种是扩展时候申请内存不足则会抛出OOM，另一种是栈空间不足就会有stackoverflowerror，事实我只能测试出后者。我通过实验方法探究出栈深度大概在18000这样的深度，配合堆内存来估计的话，这个栈深度也不会少于2000，对于大型系统来说，除非死循环递归不然应该不会超过这个深度，如果存在这个异常，一是调整程序，二是提高虚拟机的内存。

　　　　接下来我们继续实验，通过创建线程让内存溢出。

　　　　它的提示是，unable to create new native thread，表示本地方法栈已经溢出。这样的错误只能去优化你的程序了。

　　　　java程序员最熟悉的常量池使用就是String.intern()了，它是检查常量池是否存在，存在就返回这个字符串的引用，不然就创建这个字符串在常量池并返回引用。

　　　　常量池溢出我一直没测试出来，不知道是不是1.8的新特性。

　　　　书上还有PermGen space和本机内存溢出等，至此初步了解了java内存的基本结构和一些常见错误的产生和处理思路，对虚拟机的理解也加深了。

• 参考

　　　《深入理解Java虚拟机（第二版）》 第二章