JVM学习之内存结构

JVM规范-方法区定义

5.2组成

5.3方法区内存溢出
- 1.8 以前会导致永久代内存溢出
  演示永久代内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
  -XX:MaxPermSize=8m
- 1.8 之后会导致元空间内存溢出
  演示元空间内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
  -XX:MaxMetaspaceSize=8m
  场景：
```
      spring
      mybatis
```
5.4 运行时常量池
```
// 二进制字节码（类基本信息，常量池，类方法定义，包含了虚拟机指令）
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("hello world");
    }
}
```
然后使用 javap -v Test.class 命令反编译查看结果：

每条指令都会对应常量池表中一个地址，常量池表中的地址可能对应着一个类名、方法名、参数类型等信息。
- 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
5.5 StringTable

面试题：
```
        String s1 = "a";
        String s2 = "b";
        String s3 = "a" + "b"; // ab
        String s4 = s1 + s2;   // new String("ab")
        String s5 = "ab";
        String s6 = s4.intern();

// 问
        System.out.println(s3 == s4); // false
        System.out.println(s3 == s5); // true
        System.out.println(s3 == s6); // true

        String x2 = new String("c") + new String("d"); // new String("cd")
        x2.intern();
        String x1 = "cd";

// 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);
                // jdk1.6:
        // String x1 = "cd";            x2.intern();
        // x2.intern();  false          String x1 = "cd"; ture

        // jdk1.8:
        // String x1 = "cd";            x2.intern();
        // x2.intern();  false          String x1 = "cd"; ture
```
练习：
```
// StringTable [ "a", "b" ,"ab" ]  hashtable 结构，不能扩容
public class Demo1_22 {
    // 常量池中的信息，都会被加载到运行时常量池中， 这时 a b ab 都是常量池中的符号，还没有变为 java 字符串对象
    // ldc #2 会把 a 符号变为 "a" 字符串对象
    // ldc #3 会把 b 符号变为 "b" 字符串对象
    // ldc #4 会把 ab 符号变为 "ab" 字符串对象

    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "a"; // 懒惰的
        String s2 = "b";
        String s3 = "ab";
        String s4 = s1 + s2; // new StringBuilder().append("a").append("b").toString()  new String("ab")
        String s5 = "a" + "b";  // javac 在编译期间的优化，结果已经在编译期确定为ab
        System.out.println(s3 == s4);//s3是在串池中的，而s4则是在堆中，所有不相等

        System.out.println(s3 == s5);// true
    }
}
```
使用javap -v Demo1_22.class命令

5.6 StringTable的特性
- 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期优化
- 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，会把串池中的对象的引用返回
  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
5.7 StringTable 位置

jdk1.6 StringTable 位置是在永久代中，1.8 StringTable 位置是在堆中。

5.8 StringTable 垃圾回收

-Xmx10m 指定堆内存大小
-XX:+PrintStringTableStatistics 打印字符串常量池信息
-XX:+PrintGCDetails
-verbose:gc 打印 gc 的次数，耗费时间等信息

演示StingTable垃圾回收：
```
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int i = 0;
        try {
            for (int j = 0; j < 100000; j++) { // j=100, j=10000
                String.valueOf(j).intern();
                i++;
            }
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println(i);
        }

    }
```
5.9 StringTable 性能调优

调整 -XX:StringTableSize=桶个数

考虑将字符串对象是否入池

6. 直接内存

6.1 定义

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
文件读写过程（IO）：

因为 java 不能直接操作文件管理，需要切换到内核态，使用本地方法进行操作，然后读取磁盘文件，会在系统内存中创建一个缓冲区，将数据读到系统缓冲区，然后在将系统缓冲区数据，复制到 java 堆内存中。缺点是数据存储了两份，在系统内存中有一份，java 堆中有一份，造成了不必要的复制。

使用了 DirectBuffer 文件读取流程：

直接内存是操作系统和 Java 代码都可以访问的一块区域，无需将代码从系统内存复制到 Java 堆内存，从而提高了效率。

6.2 分配和回收原理
- 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
- ByteBu?er 的实现类内部，使用了 Cleaner （虚引用）来监测 ByteBu?er 对象，一但ByteBu?er 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方法来释放直接内存。