java 内存屏障 java内存机制

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mob6454cc61df1e 2024-06-08 17:08:20

文章标签 java 内存屏障 Java 方法区程序计数器 文章分类 Java 后端开发

引言

在实际项目中，知道Java底层的内存机制对于编写出高性能的程序有很高的的助力。只有知道知道他是怎么工作的，才能优化出更好的算法是的程序更好的运行。同时，处理一些GC异常时，也要对内存机制有一定的了解。

jdk1.8 & jdk1.6 前的内存划分

【图源水印】

java 内存屏障 java内存机制_Java

java 内存屏障 java内存机制_程序计数器_02

【图源水印】

堆

堆由所有线程共用，用来存放存放对象实例。

Java 堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被称作GC 堆。

方法区

又叫永久区，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。在jdk 1.8中，这块区域被放到了元空间。

方法区和永久代的关系

《Java 虚拟机规范》只是规定了有方法区这么个概念和它的作用，并没有规定如何去实现它。那么，在不同的 JVM 上方法区的实现肯定是不同的了。方法区和永久代的关系很像 Java 中接口和类的关系，类实现了接口，而永久代就是 HotSpot 虚拟机对虚拟机规范中方法区的一种实现方式。也就是说，永久代是 HotSpot 的概念，方法区是 Java 虚拟机规范中的定义，是一种规范，而永久代是一种实现，一个是标准一个是实现，其他的虚拟机实现并没有永久代这一说法。

常用参数
JDK 1.8 之前永久代还没被彻底移除的时候通常通过下面这些参数来调节方法区大小

-XX:PermSize=N //方法区 (永久代) 初始大小
-XX:MaxPermSize=N //方法区 (永久代) 最大大小,超过这个值将会抛出 OutOfMemoryError 异常:java.lang.OutOfMemoryError: PermGen	```

相对而言，垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的，但并非数据进入方法区后就“永久存在”了。

JDK 1.8 的时候，方法区（HotSpot 的永久代）被彻底移除了（JDK1.7 就已经开始了），取而代之是元空间，元空间使用的是直接内存。

下面是一些常用参数：

-XX:MetaspaceSize=N //设置 Metaspace 的初始（和最小大小）
-XX:MaxMetaspaceSize=N //设置 Metaspace 的最大大小

与永久代很大的不同就是，如果不指定大小的话，随着更多类的创建，虚拟机会耗尽所有可用的系统内存。

为什么要将永久代 (PermGen) 替换为元空间 (MetaSpace) 呢?

(1）整个永久代有一个 JVM 本身设置固定大小上限，无法进行调整，而元空间使用的是直接内存，受本机可用内存的限制，虽然元空间仍旧可能溢出，但是比原来出现的几率会更小。

当你元空间溢出时会得到如下错误： java.lang.OutOfMemoryError: MetaSpace

你可以使用==-XX：MaxMetaspaceSize== 标志设置最大元空间大小，默认值为 unlimited，这意味着它只受系统内存的限制。-XX：MetaspaceSize 调整标志定义元空间的初始大小如果未指定此标志，则 Metaspace 将根据运行时的应用程序需求动态地重新调整大小。

(2）元空间里面存放的是类的元数据，这样加载多少类的元数据就不由 MaxPermSize 控制了, 而由系统的实际可用空间来控制，这样能加载的类就更多了。

(3）在 JDK8，合并 HotSpot 和 JRockit 的代码时, JRockit 从来没有一个叫永久代的东西, 合并之后就没有必要额外的设置这么一个永久代的地方了。

栈

程序计数器

程序计数器是一块较小的内存空间，存放当前线程需要执行的指令的行号。另外，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各线程之间计数器互不影响，独立存储。

如果线程正值执行的是一个java方法，这个计数器记录的是正在执行的的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是native方法，这个计数器则为空（undefined）。
注意：程序计数器是唯一一个不会出现 OutOfMemoryError 的内存区域，它的生命周期随着线程的创建而创建，随着线程的结束而死亡。

Java虚拟机栈

与程序计数器一样，Java 虚拟机栈也是线程私有的，它的生命周期和线程相同，描述的是 Java 方法执行的内存模型，每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息，每次方法调用的数据都是通过栈传递的。

Java 虚拟机栈会出现两种异常：StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。
StackOverFlowError：若 Java 虚拟机栈的内存大小不允许动态扩展，那么当线程请求栈的深度超过当前 Java 虚拟机栈的最大深度的时候，就抛出 StackOverFlowError 异常。
OutOfMemoryError：若 Java 虚拟机栈的内存大小允许动态扩展，且当线程请求栈时内存用完了，无法再动态扩展了，此时抛出 OutOfMemoryError 异常。

拓展：那么方法/函数如何调用？
Java 栈可用类比数据结构中栈，Java 栈中保存的主要内容是栈帧，每一次函数调用都会有一个对应的栈帧被压入 Java 栈，每一个函数调用结束后，都会有一个栈帧被弹出。

Java 方法有两种返回方式：
return 语句。
抛出异常。
不管哪种返回方式都会导致栈帧被弹出。