Java内存分析

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发布时间：2019-06-14

本文共 9374 字，大约阅读时间需要 31 分钟。

参考

https://www.cnblogs.com/lukelook/p/10894481.html

https://blog.csdn.net/tophawk/article/details/78704074

https://www.cnblogs.com/lipeineng/p/8358601.html

https://www.cnblogs.com/sunshine-ground-poems/p/10421116.html

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1.常量池存放于方法区中

2.jdk1.6 方法区放在永久代（java堆的一部分），

jdk1.7 特别将字符串常量池移动到了的堆内存中（使用参数-XX:PermSize 和-XX:MaxPermSize指定大小），

jdk1.8放在单独的元空间里面（-XX:MaxMetaspaceSzie设定大小），和堆相独立。所以导致string的intern方法因为以上变化在不同版本会有不同表现。

3.jdk1.6将Hotspot虚拟机使用永久代来实现方法区，因为方法区的内存回收跟堆内存回收其实没什么区别，这样实现可以用垃圾收集器来管理这部分内存，但这样容易导致内存溢出（达到-XX:MaxPermSize）。

JDK8 Java字符串常量池在Java堆中而不是方法区

可以看到 static 变量保存在 Class 实例的尾部。

Class 对象确实在堆中。

详见：https://blog.csdn.net/MustangJy/article/details/88044964

String.intern()方法的作用是返回一个字符串引用，引用的是字符串常量池中的字符串（字面量），所以我们可以通过这个方法来测试，使得字符串常量池内存溢出，看看这个时候报错报的是哪里out of memory。

import java.util.ArrayList; public class StringConstancePool {    public static void main(String[] args) {        String str = "abc";        char[] arrays = {'a', 'b', 'c'};        String str2 = new String(arrays);        str2 = str2.intern();        System.out.println(str == str2);         ArrayList
     
       list = new ArrayList<>();        for (int i = 0; i < 100000000; i++) {            for (int j = 0; j < 1000000; j++) {                list.add(String.valueOf(i + j /1000000).intern());            }        }     }}

运行之后结果如下：

我们看到这时报的是Java堆空间内存溢出，说明字符串常量池是在堆中，而不是像一些前几年的文章/jdk所描述的在方法区中。

但是即使是同样在堆中：

public class StringConstancePool {    public static void main(String[] args) {        String str1 = new String("abc");        String str2 = str1.intern();        System.out.println(str1 == str2);     }}

以上程序的运行结果仍然是false，这时因为intern生成的str2所引用的字符串内容是在字符串常量池中，而通过new String方法生成的str1，该字符串对象是位于存放对象的Java堆中，二者的地址是不同的。

JDK1.8

在JDK1.7的时候，有一个JVM内存区域中有一块方法区，主要存放虚拟机加载的类信息，静态变量，常量等。

JDK1.8时，移除了方法区的概念，用一个元数据区代替。元数据区存放的东西和方法区相同，不过元数据区移动到本地内存中。本地内存，又称堆外内存（Direct Memory），就是指机器内存中不是JVM管理的那部分内存，由操作系统管理。元数据区移动到本地内存以后，可以避免虚拟机加载类过多而引发的内存溢出：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen，但是同样不能无限扩展。

对比JDK1.7，JDK1.8在运行时的内存分配上进行了调整。本篇对JDK1.8版本进行简要介绍。

程序计数器

　　记录当前线程执行的字节码行号。如果执行的是native方法，值为null。

虚拟机栈

　　每一个线程执行时，都对应有一个虚拟机栈，生命周期与线程相同。一个虚拟机栈有一个一个的栈帧组成，每个java方法被调用时都会创建一个栈帧，然后入栈，方法结束后出栈。一个栈帧由局部变量表，操作数栈，动态链接和方法出口信息组成。

　　如果方法中出现递归调用死循环，或者栈帧大小超过虚拟机栈限制都会抛出StackOverflowError

本地方法栈

　　功能与虚拟机栈差不多，只不过本地方法栈是虚拟机在调用native方法时使用。

堆

　　堆是JVM占用比例最大的一块区域，用来存放对象实例。现代JVM大多将堆分为老年代和新生代。老年代与新生代比例为2：1。新生代分为一个Eden和两个Survivor区域，比例为8：1：1。

　　JDK1.7之后，运行时常量池从方法区中移入到堆中，存放一些符号引用。

元数据区

　　在JDK1.7的时候，有一个JVM内存区域中有一块方法区，主要存放虚拟机加载的类信息，静态变量，常量等。

JVM常用参数

- -Xms64m 最小堆内存 64m
- -Xmx128m 最大堆内存 128m
- -XX:NewSize=30m 新生代初始化大小为30m
- -XX:MaxNewSize=40m 新生代最大大小为40m
- -Xss=256k 线程栈大小
- -XX:InitialSurvivorRatio 新生代Eden/Survivor空间的初始比例
- -XX:Newratio 新生代和老年代的内存比例
- -XX:MaxMetaspaceSize 元数据区最大内存

Java基础之jdk1.8 JVM内存模型简述，含String常量池简单分析

原文地址：https://blog.csdn.net/tophawk/article/details/78704074

高楼大厦，都是平地起的。

整个java体系，其实就一本秘籍，那就是java基础！

就我本人这么多年JAVA研发方面的工作经验来看，基础如果打的扎实，在实际开发工作中会带来极大的助益。

最近有个机会整理JAVA基础相关知识，整理到JVM内存模型这部分的时候，画了两张图，记载在此，供感兴趣的新手参考。

JDK1.8 - JVM内存模型说明

第一张：

程序计数器：它的生命周期与线程相同，线程私有。较小的内存区域，用以完成分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能。不会发生内存溢出(OutOfMemory=OOM)错误。

虚拟机栈：它的生命周期与线程相同，线程私有。虚拟机栈中存储了方法执行时相关信息，每个方法在调用时都会在虚拟机栈中创建一个方法帧，方法帧中包含了局部变量，参数，运行中间结果等信息。帧数超过限制（-Xss），就会出现StackOverFlow(=SOF)错误。另外超过线程分配的内存大小，也会报OOM错误。

本地方法栈：它的生命周期与线程相同，线程私有。基本同虚拟机栈。存放的是native方法帧。可出现SOF和OOM错误。

元空间（MetaSpace）：所有线程共享。存放class加载相关信息。

堆：所有线程共享。存放new出来的数组和对象数据，以及类的静态变量。同时，包含一个常量池（final），是由1.7以前版本的方法区转移过来的。

第二张：

由图可知：

str1==str2 指向同一个堆对象，同时创建了一个常量池引用。

str3 创建了3个堆对象，只创建了一个常量池引用。

str4 创建了2个堆对象，其中有个对象的value引用另一个的value地址，并未创建常量池引用。

另外补充几点关于String的总结：

字面量方式声明，查找常量池有则返回引用。否则，堆里生成对象，同时在在常量池生成引用。如：String s = "xyz";

字面量相+，根据+的结果查找常量池有则返回引用，否则，堆里生成对象，同时在常量池生成引用。如：String s = "a"+"b"; 常量池查找“ab”。最多生成三个对象。

字符串相+，如果有一个不是字面量，则必在堆里生成一个新对象，常量池不生成引用。如：String s=s1+"a";

3.intern方法（返回常量池中该字符串的引用）

（1）当常量池中不存在"abc"这个字符串的引用，将这个对象的引用加入常量池，返回这个对象的引用。

（2）当常量池中存在"abc"这个字符串的引用，返回这个对象的引用；

本文将由浅入深详细介绍Java内存分配的原理，以帮助新手更轻松的学习Java。这类文章网上有很多，但大多比较零碎。本文从认知过程角度出发，将带给读者一个系统的介绍。

进入正题前首先要知道的是Java程序运行在JVM(Java Virtual Machine，Java虚拟机)上，可以把JVM理解成Java程序和操作系统之间的桥梁，JVM实现了Java的平台无关性，由此可见JVM的重要性。所以在学习Java内存分配原理的时候一定要牢记这一切都是在JVM中进行的，JVM是内存分配原理的基础与前提。

简单通俗的讲，一个完整的Java程序运行过程会涉及以下内存区域：

l 寄存器：JVM内部虚拟寄存器，存取速度非常快，程序不可控制。

l 栈：保存局部变量的值，包括：1.用来保存基本数据类型的值；2.保存类的实例，即堆区对象的引用(指针)。也可以用来保存加载方法时的帧。

l 堆：用来存放动态产生的数据，比如new出来的对象。注意创建出来的对象只包含属于各自的成员变量，并不包括成员方法。因为同一个类的对象拥有各自的成员变量，存储在各自的堆中，但是他们共享该类的方法，并不是每创建一个对象就把成员方法复制一次。

l 常量池：JVM为每个已加载的类型维护一个常量池，常量池就是这个类型用到的常量的一个有序集合。包括直接常量(基本类型，String)和对其他类型、方法、字段的符号引用(1)。池中的数据和数组一样通过索引访问。由于常量池包含了一个类型所有的对其他类型、方法、字段的符号引用，所以常量池在Java的动态链接中起了核心作用。常量池存在于堆中。

l 代码段：用来存放从硬盘上读取的源程序代码。

l 数据段：用来存放static定义的静态成员。

下面是内存表示图：

上图中大致描述了Java内存分配，接下来通过实例详细讲解Java程序是如何在内存中运行的（注：以下图片引用自尚学堂马士兵老师的J2SE课件，图右侧是程序代码，左侧是内存分配示意图，我会一一加上注释）。

预备知识：

1.一个Java文件，只要有main入口方法，我们就认为这是一个Java程序，可以单独编译运行。

2.无论是普通类型的变量还是引用类型的变量(俗称实例)，都可以作为局部变量，他们都可以出现在栈中。只不过普通类型的变量在栈中直接保存它所对应的值，而引用类型的变量保存的是一个指向堆区的指针，通过这个指针，就可以找到这个实例在堆区对应的对象。因此，普通类型变量只在栈区占用一块内存，而引用类型变量要在栈区和堆区各占一块内存。

1.JVM自动寻找main方法，执行第一句代码，创建一个Test类的实例，在栈中分配一块内存，存放一个指向堆区对象的指针110925。

2.创建一个int型的变量date，由于是基本类型，直接在栈中存放date对应的值9。

3.创建两个BirthDate类的实例d1、d2，在栈中分别存放了对应的指针指向各自的对象。他们在实例化时调用了有参数的构造方法，因此对象中有自定义初始值。

调用test对象的change1方法，并且以date为参数。JVM读到这段代码时，检测到i是局部变量，因此会把i放在栈中，并且把date的值赋给i。

change1方法执行完毕，立即释放局部变量i所占用的栈空间。

调用test对象的change2方法，以实例d1为参数。JVM检测到change2方法中的b参数为局部变量，立即加入到栈中，由于是引用类型的变量，所以b中保存的是d1中的指针，此时b和d1指向同一个堆中的对象。在b和d1之间传递是指针。

change2方法中又实例化了一个BirthDate对象，并且赋给b。在内部执行过程是：在堆区new了一个对象，并且把该对象的指针保存在栈中的b对应空间，此时实例b不再指向实例d1所指向的对象，但是实例d1所指向的对象并无变化，这样无法对d1造成任何影响。

change2方法执行完毕，立即释放局部引用变量b所占的栈空间，注意只是释放了栈空间，堆空间要等待自动回收。

调用test实例的change3方法，以实例d2为参数。同理，JVM会在栈中为局部引用变量b分配空间，并且把d2中的指针存放在b中，此时d2和b指向同一个对象。再调用实例b的setDay方法，其实就是调用d2指向的对象的setDay方法。

调用实例b的setDay方法会影响d2，因为二者指向的是同一个对象。

change3方法执行完毕，立即释放局部引用变量b。

以上就是Java程序运行时内存分配的大致情况。其实也没什么，掌握了思想就很简单了。无非就是两种类型的变量：基本类型和引用类型。二者作为局部变量，都放在栈中，基本类型直接在栈中保存值，引用类型只保存一个指向堆区的指针，真正的对象在堆里。作为参数时基本类型就直接传值，引用类型传指针。

小结：

1.分清什么是实例什么是对象。Class a= new Class();此时a叫实例，而不能说a是对象。实例在栈中，对象在堆中，操作实例实际上是通过实例的指针间接操作对象。多个实例可以指向同一个对象。

2.栈中的数据和堆中的数据销毁并不是同步的。方法一旦结束，栈中的局部变量立即销毁，但是堆中对象不一定销毁。因为可能有其他变量也指向了这个对象，直到栈中没有变量指向堆中的对象时，它才销毁，而且还不是马上销毁，要等垃圾回收扫描时才可以被销毁。

3.以上的栈、堆、代码段、数据段等等都是相对于应用程序而言的。每一个应用程序都对应唯一的一个JVM实例，每一个JVM实例都有自己的内存区域，互不影响。并且这些内存区域是所有线程共享的。这里提到的栈和堆都是整体上的概念，这些堆栈还可以细分。

4.类的成员变量在不同对象中各不相同，都有自己的存储空间(成员变量在堆中的对象中)。而类的方法却是该类的所有对象共享的，只有一套，对象使用方法的时候方法才被压入栈，方法不使用则不占用内存。

以上分析只涉及了栈和堆，还有一个非常重要的内存区域：常量池，这个地方往往出现一些莫名其妙的问题。常量池是干嘛的上边已经说明了，也没必要理解多么深刻，只要记住它维护了一个已加载类的常量就可以了。接下来结合一些例子说明常量池的特性。

预备知识：

基本类型和基本类型的包装类。基本类型有：byte、short、char、int、long、boolean。基本类型的包装类分别是：Byte、Short、Character、Integer、Long、Boolean。注意区分大小写。二者的区别是：基本类型体现在程序中是普通变量，基本类型的包装类是类，体现在程序中是引用变量。因此二者在内存中的存储位置不同：基本类型存储在栈中，而基本类型包装类存储在堆中。上边提到的这些包装类都实现了常量池技术，另外两种浮点数类型的包装类则没有实现。另外，String类型也实现了常量池技术。

public class test {    public static void main(String[] args) {            objPoolTest();    }     public static void objPoolTest() {        int i = 40;        int i0 = 40;        Integer i1 = 40;        Integer i2 = 40;        Integer i3 = 0;        Integer i4 = new Integer(40);        Integer i5 = new Integer(40);        Integer i6 = new Integer(0);        Double d1=1.0;        Double d2=1.0;                System.out.println("i=i0\t" + (i == i0));        System.out.println("i1=i2\t" + (i1 == i2));        System.out.println("i1=i2+i3\t" + (i1 == i2 + i3));        System.out.println("i4=i5\t" + (i4 == i5));        System.out.println("i4=i5+i6\t" + (i4 == i5 + i6));            System.out.println("d1=d2\t" + (d1==d2));                 System.out.println();            }}

i=i0    truei1=i2   truei1=i2+i3        truei4=i5   falsei4=i5+i6        trued1=d2   false

结果分析：

1.i和i0均是普通类型(int)的变量，所以数据直接存储在栈中，而栈有一个很重要的特性：栈中的数据可以共享。当我们定义了int i = 40;，再定义int i0 = 40;这时候会自动检查栈中是否有40这个数据，如果有，i0会直接指向i的40，不会再添加一个新的40。

2.i1和i2均是引用类型，在栈中存储指针，因为Integer是包装类。由于Integer包装类实现了常量池技术，因此i1、i2的40均是从常量池中获取的，均指向同一个地址，因此i1=12。

3.很明显这是一个加法运算，Java的数学运算都是在栈中进行的，Java会自动对i1、i2进行拆箱操作转化成整型，因此i1在数值上等于i2+i3。

4.i4和i5均是引用类型，在栈中存储指针，因为Integer是包装类。但是由于他们各自都是new出来的，因此不再从常量池寻找数据，而是从堆中各自new一个对象，然后各自保存指向对象的指针，所以i4和i5不相等，因为他们所存指针不同，所指向对象不同。

5.这也是一个加法运算，和3同理。

6.d1和d2均是引用类型，在栈中存储指针，因为Double是包装类。但Double包装类没有实现常量池技术，因此Doubled1=1.0;相当于Double d1=new Double(1.0);，是从堆new一个对象，d2同理。因此d1和d2存放的指针不同，指向的对象不同，所以不相等。

小结：

1.以上提到的几种基本类型包装类均实现了常量池技术，但他们维护的常量仅仅是【-128至127】这个范围内的常量，如果常量值超过这个范围，就会从堆中创建对象，不再从常量池中取。比如，把上边例子改成Integer i1 = 400; Integer i2 = 400;，很明显超过了127，无法从常量池获取常量，就要从堆中new新的Integer对象，这时i1和i2就不相等了。

2.String类型也实现了常量池技术，但是稍微有点不同。String型是先检测常量池中有没有对应字符串，如果有，则取出来；如果没有，则把当前的添加进去。

凡是涉及内存原理，一般都是博大精深的领域，切勿听信一家之言，多读些文章。我在这只是浅析，里边还有很多猫腻，就留给读者探索思考了。希望本文能对大家有所帮助！

脚注：

(1) 符号引用，顾名思义，就是一个符号，符号引用被使用的时候，才会解析这个符号。如果熟悉linux或unix系统的，可以把这个符号引用看作一个文件的软链接，当使用这个软连接的时候，才会真正解析它，展开它找到实际的文件

对于符号引用，在类加载层面上讨论比较多，源码级别只是一个形式上的讨论。

当一个类被加载时，该类所用到的别的类的符号引用都会保存在常量池，实际代码执行的时候，首次遇到某个别的类时，JVM会对常量池的该类的符号引用展开，转为直接引用，这样下次再遇到同样的类型时，JVM就不再解析，而直接使用这个已经被解析过的直接引用。

除了上述的类加载过程的符号引用说法，对于源码级别来说，就是依照引用的解析过程来区别代码中某些数据属于符号引用还是直接引用，如，System.out.println("test" +"abc");//这里发生的效果相当于直接引用，而假设某个Strings = "abc"; System.out.println("test" + s);//这里的发生的效果相当于符号引用，即把s展开解析，也就相当于s是"abc"的一个符号链接，也就是说在编译的时候，class文件并没有直接展看s，而把这个s看作一个符号，在实际的代码执行时，才会展开这个。

参考文章：

java内存分配研究：

Java常量池详解之一道比较蛋疼的面试题：

jvm常量池：

深入Java核心 Java内存分配原理精讲：

转载于:https://www.cnblogs.com/lukelook/p/11105545.html

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