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Java筑基-：(02)JVM内存管理

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一、Java 程序执行过程

Java执行过程

二、JVM 规范

Java 在 JVM 上经过 ClassLoader 加载后，有 2 种执行方式：

  • 字节码解释器解释执行。Java 先编译成 class 文件，再由 C++ 解释器

  • JIT执行：HotSpot 就这样执行，将Java 代码翻译成汇编等形式的机器码，速度较快

JVM 是 C++ 写的，它解释执行是怎么解释呢？它碰到你 Java 代码中的 new 关键字的时候，它就执行某一段 C ++ 代码，类似：

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if(碰到了new) {

}

也就是通过 C++ 来翻译 Java 语言。这经过了一道转换，效率是有点低的。

JIT 执行，直接将Java 代码翻译成汇编代码等机器代码，就能迅速执行。不过一般只有热点代码才这样做。缺点是，你要先提前翻译，编译的时间会比较长。

2.1 运行时数据区域

直接内存：没有经过 JVM 的虚拟化。比如总共有 8G 的存储空间，JVM 虚拟化了 6G ，但是还剩下 2G 我们没法去通过 JVM 使用，这时候就能用直接内存去使用这 2G 空间。

优点是不受 JVM 管理，不会受到 GC 影响，毕竟 GC 会Stop The World；缺点同样明显，就是使用不方便，自己申请，用完要记得释放，否则造成内存泄漏。

虚拟机栈的大小在不同的平台上的大小是不同的，在 Linux 上一般是 1M 。如果是死递归，不断往虚拟机栈压入栈帧，讲道理会将这个栈空间耗尽，不过现实中往往先 StackOverFlow。

一个线程光这个虚拟机栈就占了 1M 的空间，如果有500 个线程，那么占用的空间也是非常可观的，所以我们也要控制线程数量。

每个栈帧里面会包含什么呢？ 一般是：

  • 局部变量表

  • 操作数栈

  • 动态链接

  • 完成出口

可能这些概念不太好懂，举个例子，看下面的代码：

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public class Person {
    public int work() throws Exception{
        int x = 1;
        int y = 2;
        int z = (x+y) * 10;
        return z;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Person person = new Person();
        person.work();
        person.hashCode();
    }
}

上述代码在执行 main 方法的时候，会为 main 线程创建一个虚拟机栈，调用一个方法就会创建一个栈帧，所以 main 方法会有一个栈帧，调用 person.work 的时候也会创建一个栈帧。整个过程大体上会有如下操作：

  1. x 和 y 都被定义了，但是还没使用，所以压入局部变量表中

  2. 执行 (x+y) * 10 的操作时，先计算 x + y = 3， 将 3 这个临时值放入操作数栈

  3. 之后，将操作数 10 也压入操作数栈的栈顶

  4. 接着， 操作数栈中的 3 和 10 都出栈，相乘得到结果 30 ，再压入 操作数栈 中

  5. 因为这里定义是 z 局部变量接受这个结果，所以需要将操作数栈中的 30 出栈，在局部变量表中放入 z 这个值 30

  6. 最后要返回 z ，方法与方法之间操作，这个返回值相当于一个操作数，所以又要将 z 这个 30 值复制到 操作数栈中

  7. 最后，带着 work 方法栈帧中操作数栈的这个 30 ，返回了 main 方法的 栈帧。

这里有个点需要注意下，构造方法也是方法，所以也会有栈帧

这个过程一直伴随着程序计数器的不断移动。至于完成出口，是记录调用方执行到哪里之后再来调用当前方法的，上述main 方法中 ，假如 是main 方法自己执行到行号 2 的时候就调用 person.work 了，此时，work 方法中记录的程序出口就是这个行号2，work 方法执行完，切回main 方法时， 会把这个值带回去，这样便知道从哪里继续执行。来看一下下面的这张图，这是字节码：

字节码示意图

左边的就是 0,1,2…12 ，这些代表行号，也代表字节码的偏移量，有些指令比较短，有些比较长，会占据不止一行，所以，行号可能会跳过，上面的图中没有 8 这个行号，就是因为 bipush 指令比较大；右边的代表操作。非静态方法的局部变量表的第 0 个位置存的是 this ，也就是当前的对象。

动态链接 主要是跟多态有关。本地方法栈和虚拟机栈是可以合并的， HotSpot 就是这么做的。

三、课堂问题

课程中 demo 搞出来个 stackoverflow ，这个值得注意：

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public class Person {
    Person haha = new Person();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Person wo = new Person();
    }
}

因为在 main 方法中 wo 来new Person 的对象时， 就会触发 haha 的又来 new 一个 new Person 对象，就会陷入死循环了。

四、直接内存

如果想使用直接内存，可以通过 ByteBuffer 来实现，这样可以被回收：

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public static void main(String[] args) throws Exception {
    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(3 * 1024 * 1024);
}

ByteBuffer 是使用 unsafe 来实现的。

五、工具

使用 HSDB 查看 JVM 中的各个对象，能通过指定类和里面的对象，就能看到。

谢谢你的鼓励