JVM 内存模型
.java 源文件 -> javac 工具编译 -> .class 文件 -> JVM 解析 -> 010101 机器码 -跑在不同的操作系统上。
基于上面的流程可以看出，java 是一个跨平台语言。
本节来分析 Java 对象如何进行分配和回收。
JVM 运行时数据区主要由线程私有区域和线程共享区域组成。
- 线程私有区域：
- 虚拟机栈
- 本地方法栈
- 程序计数器
2.线程共享区域：
- 堆
- 方法区
下面绘制一个草图来描述 JVM 运行数据区的组成：
线程私有区域
线程私有区域组成为：
- 程序计数器
- 虚拟机栈
- 本地方法栈
程序计数器
什么是程序计数器呢？
因为 Java 本身就是一个多线程的，每一个线程都有一个程序计数器， CPU 在对线程上下文切换时，会使用程序计数器记录下当前线程正在执行的字节码指令的地址(行号)，这样线程再次回来工作时，就知道执行到哪个位置了。
为了更加深入的理解程序计数器，下面来看这样一段代码：
通过 javap -verbose JMMDemo.class 得到对应字节码：
上图红色标出的 Code 对应的这些数就是程序计数器了。
虚拟机栈
在了解虚拟机栈之前，先来看看栈这个概念
栈是一种数据结构，入口只有一个。
栈的特点：FILO，也就是先进后出。
面试题：为什么虚拟机需要使用栈？
非常符合JAVA中方法间的调用。
例如以下方法的调用过程，就是方法的入栈和出栈过程。
private void methodA(){
methodB();
println("methodA");
}
private void methodB() {
methodC();
println("methodB");
}
private void methodC() {
println("methodC");
}
虚拟栈也是属于线程私有部分，在线程内部中一般会调用很多方法，而每一个方法使用一个栈帧来描述。
下面用一个草图来描述一下栈帧与虚拟机栈的关系：
虚拟机栈是由多个栈帧组成，每调用一个方法就相当于有一个栈帧入栈到虚拟机栈中。
栈帧的组成
在前面描述过，在线程中，一个方法被调用就会一个栈帧被压入虚拟机栈中。栈帧就是用来描述这个方法，一个栈帧是由局部变量表，操作数栈，返回值地址，动态链接组成。
下面还是回到上面示例，结合草图，看它们之间的关系：
局部变量表：
存放方法内部变量表
32位地址，寻址空间为 4G 。如果需要存放64位的数据，需要使用高位和地位表示。
下面是 method() 生成的局部变量表：
- this //表示当前对象
- o //new Object()
- count //int count = 0;
操作数栈：
对局部变量表中的变量进行出栈入栈的操作。
返回值地址：
一个方法被执行之后，有一个返回值，返回给对应的调用处。
动态链接:
主要对应的多态，只有代码执行时才知道具体的实现类是那个对象。
StackOverflowError
这个异常想必很多人都遇过，字面意思就是栈溢出。我们通过上面的分析我们知道，虚拟机栈如果不断出现栈帧入栈，当虚拟机栈空间达到上限，那么就会出现 StackOverflowError。
下面来模拟这个错误的产生：
public class StackOverflowError {
private static int count = 0;
public static void main(String[] args) {
try {
recursion();
} catch (Throwable e) {
System.out.println("deep of calling = " + count);
e.printStackTrace();
}
}
public static void recursion() {
count++;
recursion();
}
}
虚拟机栈空间大小可以通过
-Xss来设置，例如-Xss164K，缺省情况下是 1m 。
如果是死循环出现这样的错误StackOverflowError，那么通过 -Xss 参数的设置也是没有用。
本地方法栈
虚拟机栈对应的方法是 Java 方法，而本地方法栈对应的是 native 方法。其他方面应该和虚拟机栈差不多。
虚拟机规范无强制规定，各版本虚拟机自由实现，HotSpot直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一，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 只是简单地动态链接并直接调用native方法
逃逸分析优化
逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域：当一个对象在方法中被定义后，它可能被外部方法所引用，例如作为调用参数传递到其他地方中，称为方法逃逸。
public static StringBuffer craeteStringBuffer(String s1, String s2) {
StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append(s1);
sb.append(s2);
return sb;
}
public static String createStringBuffer(String s1, String s2) {
StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append(s1);
sb.append(s2);
return sb.toString();
}
第一段代码中的sb就逃逸了，而第二段代码中的sb就没有逃逸。
默认情况下，java 虚拟机是开启逃逸分析的选项 -XX:+DoEscapeAnalysis
public class EscapeDemo {
public static void main(String[] args) {
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
generate();
}
System.out.println((System.currentTimeMillis() - start));
}
private static void generate() {
User user = new User();//开始-XX:+DoEscapeAnalysis之后，该对象是在栈上分配
user.age = 10;
user.name = "hello";
}
private static class User{
public String name;
public int age;
}
}
开启逃逸分析选项的输出结果：
创建1亿个对象的时间：6
从输出结果来看创建1亿个 User 对象的时间是非常短的，因为Java 虚拟机默认开始逃逸分析的选项。
现在将逃逸分析选项关闭，并在控制台输出打印结果，同时开启 gc 日志。
-XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC
[GC (Allocation Failure) 65536K->680K(251392K), 0.0007842 secs]
[GC (Allocation Failure) 66216K->696K(251392K), 0.0007729 secs]
[GC (Allocation Failure) 66232K->648K(251392K), 0.0005273 secs]
[GC (Allocation Failure) 66184K->608K(316928K), 0.0006086 secs]
[GC (Allocation Failure) 131680K->688K(316928K), 0.0021467 secs]
[GC (Allocation Failure) 131760K->624K(438272K), 0.0007702 secs]
[GC (Allocation Failure) 262768K->529K(438272K), 0.0011675 secs]
[GC (Allocation Failure) 262673K->529K(700416K), 0.0004699 secs]
[GC (Allocation Failure) 524817K->529K(700416K), 0.0008970 secs]
[GC (Allocation Failure) 524817K->529K(1015296K), 0.0003706 secs]
创建1亿个对象的时间：717
两者在创建1亿个对象的时间对比是几百倍的差距。
线程私有部分的回收问题
线程私有部分的内存空间是随线程产生而产生，随线程死亡而自动释放的。所以不需要像堆空间那样过多的考虑内存释放问题。
参考
https://blog.csdn.net/w372426096/article/details/80938788
本文是笔者学习之后的总结，方便日后查看学习，有任何不对的地方请指正。
记录于2019年4月15日
