【JVM】JVM02(方法区-串池-直接内存)

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🍅文章发布日期：2021.12.29

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⭐️1.方法区

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⭐️1.1 方法区概述

方法区（Method Area）与java堆一样，是各个线程共享的内存区域
多个线程同时加载一个类时，只有一个线程能加载该类，其他线程只能等待该线程加载完毕，然后直接使用该类，即类只能加载一次
方法区在JVM启动的时候被创建并且它的实际物理内存空间和java堆区一样都可以是不连续的，方法区在JVM关闭时释放这个区域的内存
方法区的大小和堆空间一样，可以选择固定大小或者可扩展
方法区的大小决定了系统可以保存多少个类，因为方法区主要就是用来存储类信息的。如果系统定义了太多的类，将导致方法区溢出，虚拟机同样会抛出内存溢出错误- 在JDK7及以前，抛出java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space错误- 在JDK8及以后，抛出java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace错误以下情况可能会导致方法区溢出- 动态生成反射类过多- 第三方jar包过多

⭐️1.2方法区内部结构

方法区用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等。

⭐️1.2.1类型信息

对每个加载的类型

（类class、接口、枚举、注解）

，jvm必须在方法区存储以下类型信息

类型的完整有效名称（全名=包名.类名）
类型直接父类的完整有效名称（接口和java.lang.Object，没有父类）
类型的修饰符（public，abstract，final的某个子集）
类型直接接口的一个有序列表

⭐️1.2.2域（Field）信息

保存类型的所有域的相关信息以及域的声明顺序
域的相关信息包括：域名称、域类型、域修饰符（public，private，protected，static，final，volatile，transient）

⭐️1.3.3方法（Method）信息

这里是引用jvm保存所有方法的以下信息，同域信息一样的声明顺序

方法名称

方法返回参数

方法参数的数量和类型

方法的修饰符（public，private，protected，static，final，synchronized，native，abstract）

方法的字节码，操作数栈，局部变量表及大小（abstract和native除外）

异常表（abstract和native除外），每个异常处理的开始位置，结束位置，代码处理在程序计数器中的偏移地址，被捕获的异常类常量池索引

这里是引用 上：jdk1.6结构 下：jdk1.8结构

在这里插入图片描述

在1.6中方法区的实现是永久代（PermGen）,永久代中包括Class,ClassLoader以及StringTable（运行时常量池）

在1.8之后永久代的实现被废弃，方法区脱离了JVM交给本地内存管理（操作系统内存），实现变成了元空间，元空间
包括Class，ClassLoader，StringTable（运行时常量池）被移动到了堆空间中

方法区的内存溢出问题

1.8以前会导致永久代内存溢出
1.8之后会导致元空间内存溢出

我们通过一个实例来演示方法区内存溢出的情况
为了更好的演示，我们需要调整虚拟机参数

-XX:MaxMetaspaceSize=8m

在这里插入图片描述

/*演示元空间内存溢出
*
*/publicclassDemo02extendsClassLoader{//ClassLoader能动态加载类的二进制字节码publicstaticvoidmain(String[] args){int j =0;try{Demo02 test =newDemo02();for(int i =0; i <10000; i++){//ClassWriter:生成类的二进制字节码ClassWriter cw =newClassWriter(0);//版本号，public,类名,包名,父类,实现的接口
                cw.visit(Opcodes.V1_8,Opcodes.ACC_PUBLIC,"Class"+i,null,"java.lang/Object",null);//生成一个类，并返回该类的字节码数组byte[] code = cw.toByteArray();//执行了类的加载
                test.defineClass("Class"+i,code,0,code.length);//Class对象}}finally{System.out.println();}}}

由于类加载过多，导致了方法区内存溢出

3002Exception in thread "main"java.lang.OutOfMemoryError:Compressedclass space // 元空间内存溢出
    at java.lang.ClassLoader.defineClass1(NativeMethod)
    at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:763)
    at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:642)
    at com.wql.jvm.MethodArea.Demo02.main(Demo02.java:23)

运行时常量池

常量池，就是一张表，虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名，方法名，参数类型，字面量等信息
运行时常量池，常量池是*.class文件中的，当该类被加载，它的常量池信息就会放入运行时常量池，并把里面的符号地址变为真实地址

我们通过反编译来查看类的信息

首先找到类的.class文件

.class文件在out目录下

在这里插入图片描述
输入指令

javap -v Demo01.class

类的信息：
在这里插入图片描述
常量池信息：

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类的方法定义，第一个是构造方法，第二个是main方法

我们以getstatic为例说明虚拟机指令的执行流程

执行过程中需要对#2,#3,#4进行查常量池表翻译，比如#2，在常量池表中对应#21，#22

在这里插入图片描述
所以继续找表中的#21,#22
#21,#22在表中又对应#28,#29,#30

在这里插入图片描述

#28代表静态变量所在的类为java/lang/System

#29代表要找到System类中名叫out的变量

#30代表它的类型是java/io/PrintStream

所以getstatic指令代表找到在java/lang/System类下的名叫out的成员变量，变量类型为java/io/PrintStream

⭐️2.StringTable串池

StringTable特性

常量池中的字符串仅是符号，第一次用到时才变为对象
利用串池的机制，来避免重复创建字符串对象
字符串变量拼接的原理是StringBuilder（1.8）
字符串常量拼接的原理是编译器优化
可以使用intern方法，主动将串池中还没有的字符串对象放入串池 - 1.8将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有则放入串池，会把串池中的对象返回- 1.6将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有会把此对象复制一份放入串池，会把串池中的对象返回

注意：无论是串池还是堆里面的字符串，都是

对象

串池作用：

用来放字符串对象且里面的元素不重复

⭐️2.1 常量池与串池的关系

publicclassDemo03{publicstaticvoidmain(String[] args){String s1 ="a";String s2 ="b";String s3 ="ab";}}

编译之后我们查看以上代码常量池的结果
在这里插入图片描述

我们可以看到常量值中最中存放的是[“a”,“b”,“ab”]

常量池最初存在于字节码文件中，运行的时候被加载到运行时常量池中，也就是Constant pool，此时池中的信息还没有成为字符串对象，还仅仅是符号，直到执行到ldc指令，比如ldc #2，通过#2在池中找到a符号，才会将a符号变为字符串对象，"a"作为key去StringTable串池（长度固定，不能扩容）中进行寻找，如果没有取值相同的key，则"a"加入串池

我们需要注意，字符串对象的创建是懒惰的，只有运行到String s1 = "a"并且串池中不存在"a"的时候的时候，该字符串对象才会被真正的创建并添加进串池

⭐️2.2串池中字符串变量的拼接

案例1：使用字符串变量创建字符串

publicclassDemo04{publicstaticvoidmain(String[] args){String s1 ="a";String s2 ="b";String s3 ="ab";String s4 = s1 + s2;//new StringBuilder().append(s1).append(s2).toString()}}

我们编译后查看常量池，观察新生成的s4是如何工作的

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我们可以看到StringBuilder对象被创建，说明s4是通过StringBuilder对象拼接,然后调用toString()方法创建了一个新的字符串对象，该对象在堆中,所以

System.out.println(s3==s4);false

因为这已经是两个不同的对象了

案例2：使用字符串常量创建字符串

publicclassDemo05{String s1 ="a";String s2 ="b";String s3 ="ab";String s4 ="a"+"b";}

我们编译之后查看常量池，观察s4是如何生成的

在这里插入图片描述

我们可以看到，ldc #6,到常量池中寻找“ab”，而"ab"在常量池中已经存在，所以直接返回
但是为什么"a"+"b"变成了"ab"呢?这是因为

在拼接字符串常量时，javac在编译期间的优化，他认为"a"和"b"都是常量，拼接之后的值是固定的，所以直接确定编译结果，如果串池中已经有拼接好的值，则不用创建直接取

在拼接字符串变量时，因为内容不确定，所以编译期间会创建StringBuilder对象进行内容拼接，调用toString()方法又产生了新的字符串对象

⭐️2.3 intern()方法【jdk1.8】

将字符串对象尝试放入串池（StringTable）中，如果有则不放入

publicclassDemo06{publicstaticvoidmain(String[] args){String s1 =newString("a")+newString("b");String s2 = s1.intern();}}

以上面代码为例，new String(“a”)创建字符串"a"对象，并在串池中添加"a"，new String(“b”)创建字符串"b"对象，并在串池中添加"b"，s1为"ab"字符串对象，但是不存在于串池中，调用intern()方法之后将s1对象放入串池并将值"ab"返回

那么如果串池中提前存在了"ab"呢

publicstaticvoidmain(String[] args){String x ="ab";String s1 =newString("a")+newString("b");String s2 = s1.intern();System.out.println(s2==x);System.out.println(s1==x);}

因为串池中已经有"ab"，所以s1.intern();并不会把s1再放入串池，但是返回的s2是串池中的对象，

所以答案是true，false

注意：

串池在1.6之前存放的是字符串对象的引用，在1.8之后，因为位置移动到了Heap中，所以存放的是对象本身和字面量

⭐️2.4 intern()方法【jdk1.6】

jdk1.6和1.8不同的是，如果调用intern()方法且串池中没有此对象，则会把此对象复制一份，放入串池，将串池中的对象返回

⭐️2.5面试题

publicclassDemo02{publicstaticvoidmain(String[] args){String s1 ="a";String s2 ="b";String s3 ="a"+"b";String s4 = s1 + s2;String s5 ="ab";String s6 =s4.intern();//问System.out.println(s3==s4);System.out.println(s3==s5);System.out.println(s3==s6);String x2 =newString("c")+newString("d");String x1 ="cd";
        x2.intern();//问，如果调换了最后两行代码的位置呢，如果是jdk1.6呢System.out.println(x1==x2);}}

falsetruetruefalse//如果调换后两行代码的位置true//如果是jdk1.6false

⭐️2.6 StringTable位置

在这里插入图片描述

从图片中我们可以看出

-1.6及以前，串池（StringTable）存在于方法区
-1.8及以后，串池（StringTable）存在于堆中

⭐️2.7 StringTable垃圾回收

我们通过一个案例来观测StringTable的垃圾回收现象

先设置虚拟机参数

-Xmx10m-XX:+PrintStringTableStatistics-XX:+PrintGCDetails-verbose:gc

publicclassDemo07{publicstaticvoidmain(String[] args){int i=0;try{for(int j =0; j <10000; j++){String.valueOf(j).intern();
                i++;}}catch(Throwable e){
            e.printStackTrace();}finally{System.out.println(i);}}}

在这里插入图片描述

⭐️3.直接内存

直接内存不属于java虚拟机的内存管理，而是属于

系统内存

Direct Memory

常见于NIO操作时，用于数据缓冲区
分配回收成本较高，但读写性能高
不受JVM内存回收管理

文件的读写过程图解

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使用DirectBuffer之后获得的效果

在操作系统方面划出缓冲区，这块区域操作系统可以直接访问，系统也可以直接访问，相比于之前，晒了一次缓冲区的复制操作，速度得到成倍提升

在这里插入图片描述

⭐️3.1直接内存的释放原理

publicclassDemo01{staticint _1mb =1024*1024;publicstaticvoidmain(String[] args)throwsIOException{ByteBuffer byteBuffer =ByteBuffer.allocateDirect(_1mb);System.out.println("分配完毕...");System.in.read();System.out.println("开始释放...");
        byteBuffer =null;**加粗样式**System.gc();}}

直接内存的回收是通过

unsafe.freeMemory

手动释放的

allocateDirect实现

publicstaticByteBufferallocateDirect(int capacity){returnnewDirectByteBuffer(capacity);}

DirectBuffer实现

DirectByteBuffer(int cap){// package-privatesuper(-1,0, cap, cap);boolean pa = VM.isDirectMemoryPageAligned();int ps =Bits.pageSize();long size =Math.max(1L,(long)cap +(pa ? ps :0));Bits.reserveMemory(size, cap);long base =0;try{
            base = unsafe.allocateMemory(size);}catch(OutOfMemoryError x){Bits.unreserveMemory(size, cap);throw x;}
        unsafe.setMemory(base, size,(byte)0);if(pa &&(base % ps !=0)){// Round up to page boundary
            address = base + ps -(base &(ps -1));}else{
            address = base;}
        cleaner =Cleaner.create(this,newDeallocator(base, size, cap));
        att =null;}

Cleaner在java类库里是一种虚引用类型，当他所关联的对象（DirectBuffer）被回收时，就会触发虚引用对象中的clean方法来清除直接内存中占用的内存

cleaner =Cleaner.create(this,newDeallocator(base, size, cap));
        att =null;

publicvoidrun(){if(address ==0){// Paranoiareturn;}
            unsafe.freeMemory(address);
            address =0;Bits.unreserveMemory(size, capacity);}

⭐️3.2直接内存的分配和回收原理总结

- 使用了unsafe对象完成直接内存的分配回收，并且回收需要主动调用freeMemory方法
-ByteBuffer的实现类内部，使用了Cleaner（虚引用）来检测ByteBuffer对象，一旦ByteBuffer对象被垃圾回收
- 那么就会由ReferenceHandler线程通过Cleaner的clean方法调用freeMemory来释放直接内存

注意：

-XX:+DisableExplicitGC

配置虚拟机参数可以使System.gc（）显式垃圾回收（Full GC）无效

在这里插入图片描述

标签： java 面试 jvm

本文转载自: https://blog.csdn.net/wenwenaier/article/details/122627570
版权归原作者 温文艾尔 所有，如有侵权，请联系我们删除。

【JVM】JVM02(方法区-串池-直接内存)

文章目录

⭐️1.方法区

⭐️1.1 方法区概述

⭐️1.2方法区内部结构

⭐️1.2.1类型信息

⭐️1.2.2域（Field）信息

⭐️1.3.3方法（Method）信息

⭐️2.StringTable串池

⭐️2.1 常量池与串池的关系

⭐️2.2串池中字符串变量的拼接

⭐️2.3 intern()方法【jdk1.8】

⭐️2.4 intern()方法【jdk1.6】

⭐️2.5面试题

⭐️2.6 StringTable位置

⭐️2.7 StringTable垃圾回收

⭐️3.直接内存

⭐️3.1直接内存的释放原理

⭐️3.2直接内存的分配和回收原理总结

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