这个问题是我从学习Java开始,即大二上册开始,一直抱有的问题,我在网上搜索了很多次,都没有告知我明确的答案,我想现在我可以勉强给个答案,我觉得:
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操作系统学习过一遍
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计算机组成原理学习过一遍
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有一定的汇编语言基础
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Java SE有着扎实的基础
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有一定的并发编程基础【因为虚拟机的设计都需要考虑高并发状态】
Java程序员把控制内存的权力交给了Java虚拟机,一旦出现内存泄露和溢出方面的问题,如果不了解虚拟机的内存管理机制,修正错误将会成为艰难的一项工作。
运行时数据区域有哪几类?什么时候会发生OOM?
程序计数器
定义:程序计数器是当前线程所执行的字节码的行号指示器(程序控制流指示器),程序的分支、循环、跳转、异常处理和线程恢复等继承功能都依赖它来实现。特别的是,如果线程正在执行一个Java方法,那么它记录着虚拟机字节码指令的地址;如果执行的是本地(关键字native)方法,那么它记录着空值。
生命周期:它是线程私有的内存,每条线程都有一个独立的程序计数器,各条线程之间互不影响,独立存储;随用户线程的启动和结束而建立和销毁。
OOM:没有任何可能出现OOM的情况。
虚拟机栈
什么是栈帧?
每个方法被执行时,Java虚拟机都会同步创建一个栈帧,用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等方法有关的信息【参考汇编语言栈的作用】。
什么是局部变量表?
局部变量表存储了方法执行过程中所有的局部变量,包括:基本数据类型、对象引用、方法返回地址(指向一条字节码指令的地址)。
定义:每一个线程中,存储栈帧的栈就是虚拟机栈。每一个方法从被调用到执行完毕的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
生命周期:它是线程私有的内存,生命周期与线程相同。
OOM:栈深度超出了虚拟机的最大深度,抛出StackOverflow。而假如虚拟机栈支持动态扩展,则虚拟机栈无法申请到足够的内存时,会抛出OutOfMemoryError(OOM)。
本地方法栈
和虚拟机栈大致一样,只不过本地方法栈存储的是本地方法(关键字native)的栈帧,而虚拟机栈存储的是Java方法的栈帧。
堆
定义:几乎所有的对象实例以及数组都在堆上分配。(new关键字)
为什么说是几乎所有?
随着即时编译技术及逃逸分析技术的日渐强大,栈上分配、标量替换(应该是两种编译优化技术)已经导致对象实例有可能不在堆中而在栈中了!
什么是经典分代?
新生代和老年代,在GC回收算法中它们会成为主角哦。
在我看来,为什么堆的生命周期没有那么绝对?
大多对象实例是线程共享的(这个很明显吧,这是线程安全问题存在的根本原因),但也有少部分是线程私有的,比如:ThreadLocal<T>它就是线程私有的堆内存区域和TLAB(下面会讲)。
从这,对自己说一句,可以明显看出的是,大多事务都不绝对,一切都是为了更好的运行而设计的,而不是为了规则本身而设计的,别太死板。生命周期由GC回收算法控制。
OOM:堆内存不足以进行对象实例内存分配并且堆再也无法动态拓展时,会抛出OOM。
方法区
这是最难理解的内存分配区域,极其劝退,我前六次都被它劝退了,概念很绕,hh。概括来说,就是这里存储着有关类的一切信息!
永久代、元空间和方法区是什么关系?
永久代、元空间都是方法区的一种实现。在永久代被废除后,方法区的实现就采用元空间。
永久代和元空间有什么不同?
存储位置不同,永久代是堆的一部分,和新生代,老年代地址是连续的,而元空间属于本地内存;
存储内容不同,元空间存储类的元信息,而静态变量和常量池等并入堆中。相当于永久代的数据被分到了堆和元空间中。
但是,同样的,对概念别太死板,虽然现在方法区的实现是元空间,但是,堆中的那部分数据仍然是属于方法区的,也就是堆和方法区(又称非堆)其实并没有那么清晰的界限,都只不过是为了对内存进行更好的分配罢了。
定义:它存储着虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量和即时编译器编译后的代码缓存等长期存在的数据。
解释什么是常量池?
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字符串常量池:存放字符串常量和字符串常量引用(intern存入的字符串常量引用,new方法会创建一个字符串对象同时存入一个字符串常量到池中)的内存区域,里面字符串常量不会重复。原本被归类于方法区,因为长期不会被回收;后被归类于堆,因为方法区太小,容不下这尊大佛了。
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Class常量池:用于存放编译器生成的Class文件中的各种字面量(Literal)和符号引用(Symbolic References);
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运行时常量池:运行时常量池可以在运行期间将符号引用解析为直接引用,由运行时常量池存储这些直接引用。也就是说,运行时常量池存储着Class常量池运行期间存入的符号引用,以及由符号引用解析出来的直接引用,还包括运行期间产生的新的常量(关于字符串String中的intern方法,如果字符串常量池中已经存在此字符串常量,不变;而如果不存在,字符串常量池存入此字符串常量的引用)
OOM:当方法区(运行时常量池)无法满足新的内存分配需求时,会抛出OOM。
什么是直接内存?
非JVM管理的一块内存区域。
什么是NIO?
NIO是一种基于通道于缓冲区的IO方式,它可以使用Native函数库直接分配堆外内存,然后通过堆中的DirectByteBuffer对象作为这块内存的应用进行操作,显著提高了Java应用程序的性能。(偷偷占了多的内存能不显著吗?)
产生OOM的原因?
显然,直接内存超出了JVM可以管理的内存区域,因为这是它偷的内存。理想假设,本机只有2GB的运行内存,而我分配给了虚拟机2GB,但本机2GB因为NIO直接内存的存在,实际没有2GB了,那么当JVM动态拓展内存区域时,内存就不够了,就会出现OOM。
对象是如何创建的?
对象内存的分配方式有哪些?
指针碰撞:把指针向空闲空间方向挪动一段与对象大小相等的距离。
空闲列表:虚拟机维护一个列表,记录哪块内存是可用的,从列表中利用分配算法找到一块足够大的空间划分给对象实例,并更新列表,会产生外部碎片。
具体选择哪种方式取决于虚拟机的垃圾回收策略,这种两种内存方式参考了操作系统的内存分配策略。
内存分配的并发问题如何解决?
同步处理:利用CAS算法(Compare And Swap)配上失败重试机制,保证分配内存操作的原子性。
TLAB:Thread Local Allocation Buffer,每个线程先在线程的本地缓冲区中分配,本地缓存区用完了再利用同步处理分配线程的本地缓存区。
可以使用-XX:+/-UseTLAB来配置TLAB。
对象实例在堆中的内存分布布局?
对象头、实例数据和对齐填充。
对象头存储着什么信息?
一部分是用于存储对象自身的运行时数据,如哈希码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁(客户端锁定)、偏向线程ID、偏向时间戳等。
另一部分用于存储类型指针,即对象指向它的类型元数据的指针,通过这个来确定对象是哪个类的实例。(反射会用到)如果是数组,还会存储数组的长度,因为一般的对象实例通过元数据信息已经可以确定大小,而数组不行。
实例数据存储着什么信息?
程序代码里所定义的各种类型的字段内容。
为什么要对齐填充?
就和计网IP数据报以及计组里学的一样,数据最好封装成字节的整数倍,方便CPU读取。
对象如何进行访问定位?
使用句柄
如果使用句柄访问,在java堆中将划分出一块内存来作为句柄池。reference中存储的就是对象的句柄地址,而句柄中包含对象实例数据与类型数据具体地址信息。
直接访问
使用直接访问,在java堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息。reference中直接存储对象地址即可。
句柄访问和直接访问的优缺点
句柄访问在引用和具体数据之间增加了一层转换关系,这层转换关系使得对象在被移动的时候(如垃圾回收)只需要改变转换关系,即改变句柄池中的引用指向即可。而引用本身不需要被修改。使用直接访问最大的好处就是快,因为相对于句柄访问减少了一次指针定位的时间。由于java是面向对象语言,对象访问非常频繁,因此这种访问开销积少成多也非常可可观。hotspot虚拟机使用的就是直接访问方式。