Java內(nèi)存結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

這篇“Java內(nèi)存結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介”除了程序員外大部分人都不太理解，今天小編為了讓大家更加理解“Java內(nèi)存結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介”，給大家總結(jié)了以下內(nèi)容，具有一定借鑒價(jià)值，內(nèi)容詳細(xì)步驟清晰，細(xì)節(jié)處理妥當(dāng)，希望大家通過這篇文章有所收獲，下面讓我們一起來看看具體內(nèi)容吧。

Java可以用來干什么

Java主要應(yīng)用于：1. web開發(fā)；2. Android開發(fā)；3. 客戶端開發(fā)；4. 網(wǎng)頁開發(fā)；5. 企業(yè)級(jí)應(yīng)用開發(fā)；6. Java大數(shù)據(jù)開發(fā)；7.游戲開發(fā)等。

Java內(nèi)存結(jié)構(gòu)

• 1.JVM概述

• 2.程序計(jì)數(shù)器

• 
  

• 2.1.定義

• 2.2.作用及特點(diǎn)解釋

• 3.虛擬機(jī)棧

• 
  

• 3.6.1.案例1:cpu占用過多(linux系統(tǒng)為例)

• 3.6.2.案例2:線程診斷_遲遲得不到結(jié)果

• 3.1.棧的特點(diǎn)

• 3.2.棧的演示

• 3.3.棧的問題辨析

• 3.4.棧的線程安全問題

• 3.5.棧內(nèi)存溢出(StackOverflowError)

• 3.6.線程運(yùn)行診斷

• 
  

• 4.本地方法棧

• 5.堆

• 
  

• 5.1.定義

• 5.2.堆內(nèi)存溢出(OutOfMemoryError:Java heap space)

• 5.3.堆內(nèi)存診斷

• 6.方法區(qū)

• 
  

• 6.1.定義

• 6.2.定義

• 6.3.方法區(qū)內(nèi)存溢出（OutOfMemoryError: Metaspace）

• 6.4.常量池

1.JVM概述

定義：
JVM全稱是Java Virtual Machine-java程序的運(yùn)行環(huán)境(java二進(jìn)制字節(jié)碼的運(yùn)行環(huán)境)

好處:

• 一次編寫，到處運(yùn)行（跨平臺(tái)）

• 自動(dòng)內(nèi)存管理，垃圾回收功能

• 數(shù)組下標(biāo)越界檢查

• 多態(tài)

比較JVM,JRE,JDK之間的聯(lián)系和區(qū)別，我們可以用一張圖來解釋

JVM體系結(jié)構(gòu)如圖所示

一個(gè)類從Java源代碼（.java文件）編譯成了Java二進(jìn)制字節(jié)碼以后，必須經(jīng)過類加載器才能被加載到JVM里面才能運(yùn)行。
我們一般把類放在方法區(qū)里。類將來創(chuàng)建的對(duì)象放在堆的部分，而堆里面的對(duì)象在調(diào)用方法時(shí)會(huì)用到虛擬機(jī)棧和程序計(jì)數(shù)器以及本地方發(fā)展。
方法執(zhí)行時(shí)每行代碼是由執(zhí)行引擎中的解釋器逐行進(jìn)行執(zhí)行的。方法里面的熱點(diǎn)代碼也就是頻繁調(diào)用的代碼，由即時(shí)編譯器來編譯執(zhí)行。GC會(huì)對(duì)垃圾進(jìn)行回收。
我們可以通過本地方法接口來調(diào)用操作系統(tǒng)提供的功能。

JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)包括：
1.方法區(qū)
2.程序計(jì)數(shù)器
3.虛擬機(jī)棧
4.本地方法棧
5.堆

2.程序計(jì)數(shù)器

2.1.定義

Program Counter Register程序計(jì)數(shù)器(寄存器)
作用：
??是記住下一條jvm指令的執(zhí)行地址
特點(diǎn)
??是線程私有的
??不會(huì)存在內(nèi)存溢出(內(nèi)存結(jié)構(gòu)中唯一一個(gè)不會(huì)內(nèi)存溢出的結(jié)構(gòu))

在2.2中我們將會(huì)解釋程序計(jì)數(shù)器的作用及特點(diǎn)。

2.2.作用及特點(diǎn)解釋

 二進(jìn)制字節(jié)碼			JVM指令					Java源代碼 0: getstatic     #20                 // PrintStream out = System.out; 
 3: astore_1                          // - 
 4: aload_1                           // out.println(1); 
 5: iconst_1                          // - 
 6: invokevirtual #26                 // - 
 9: aload_1                           // out.println(2); 
 10: iconst_2                          // -
 11: invokevirtual #26                 // -
 14: aload_1                           // out.println(3); 
 15: iconst_3                          // -
 16: invokevirtual #26                 // -
 19: aload_1                           // out.println(4); 
 20: iconst_4                          // -
 21: invokevirtual #26                 // -
 24: aload_1                           // out.println(5); 
 25: iconst_5                          // -
 26: invokevirtual #26                 // -
 29: return

我們可以看到這些代碼，第一行System.out賦值給了一個(gè)變量，在4:中去調(diào)用println()方法。然后依次打印1,2,3,4,5。這些指令不能直接交給CPU來執(zhí)行，必須經(jīng)過解釋器的作用。它負(fù)責(zé)把一條一條的字節(jié)碼指令解釋成機(jī)器碼，然后機(jī)器碼就可以交給CPU來執(zhí)行。
也就是
二進(jìn)制字節(jié)碼->解釋器->機(jī)器碼->CPU
實(shí)際上程序計(jì)數(shù)器的作用就是在指令的執(zhí)行過程中，記住下一條JVM指令的執(zhí)行地址。
上面我們二進(jìn)制字節(jié)碼前面的數(shù)字0,3,4…我們可以把其理解為地址。根據(jù)這些地址信息，我們就可以找到命令來執(zhí)行。
在每次拿到指令交給CPU執(zhí)行之后，程序計(jì)數(shù)器就會(huì)把下一條指令的地址放入到程序計(jì)數(shù)器中，等一條指令執(zhí)行完成之后，解釋器就會(huì)到程序計(jì)數(shù)器中取到下一條指令的地址。再把其經(jīng)過解釋器解釋成機(jī)器碼然后交給CPU執(zhí)行。然后一直重復(fù)這樣的過程。
在物理上，實(shí)現(xiàn)程序計(jì)數(shù)器是通過寄存器來實(shí)現(xiàn)的。寄存器是CPU組件里讀取最快的存儲(chǔ)單元。

程序計(jì)數(shù)器是線程私有的
假如說上述代碼都在線程1中運(yùn)行，同時(shí)運(yùn)行的還有線程2和線程3，多個(gè)線程運(yùn)行的時(shí)候，CPU會(huì)給每個(gè)線程分配時(shí)間片，給線程1分配時(shí)間片，如果線程1在指定的時(shí)間沒有運(yùn)行完，它就會(huì)把狀態(tài)暫存，切換到線程2，線程2執(zhí)行自己的代碼。線程2執(zhí)行完了，再繼續(xù)執(zhí)行線程1的代碼，在線程切換的過程中，我們要記住下一條指令的執(zhí)行地址。就需要用到程序計(jì)數(shù)器。假如說線程1剛開始執(zhí)行到第9行代碼，恰好這個(gè)時(shí)候時(shí)間片用完，CPU切換到線程2去執(zhí)行，這時(shí)它就會(huì)把下一條指令的地址10記錄到程序計(jì)數(shù)器里面，而且程序計(jì)數(shù)器是線程私有的，它是屬于線程1的，等線程2代碼執(zhí)行完了，線程1搶到了時(shí)間片，它就會(huì)從自己的程序計(jì)數(shù)器里面取出下一行代碼。每個(gè)線程都有自己的程序計(jì)數(shù)器

3.虛擬機(jī)棧

3.1.棧的特點(diǎn)

棧類似現(xiàn)實(shí)生活中的子彈夾。棧最重要的特點(diǎn)是后進(jìn)先出。

如圖，1是最先進(jìn)入棧中的，3是最后進(jìn)入棧中的，但是在出棧的時(shí)候，3最先出棧，1最后出棧。即他們按照1,2,3的順序入棧，按照3,2,1的順序出棧

虛擬機(jī)棧就是我們線程運(yùn)行時(shí)需要的內(nèi)存空間，一個(gè)線程運(yùn)行時(shí)需要一個(gè)棧。如果將來有多個(gè)線程的話，它就會(huì)有多個(gè)虛擬機(jī)棧。
每個(gè)棧可以看成是由多個(gè)棧幀組成，例如上圖中每個(gè)元素1,2,3都可以看成是棧幀。
一個(gè)棧幀就對(duì)應(yīng)著Java中一個(gè)方法的調(diào)用，即棧幀就是每個(gè)方法運(yùn)行時(shí)需要的內(nèi)存。每個(gè)方法運(yùn)行時(shí)需要的內(nèi)存一般有參數(shù)，局部變量，返回地址，這些都需要占用內(nèi)存，所以每個(gè)方法執(zhí)行時(shí)，都要預(yù)先把這些內(nèi)存分配好。
當(dāng)我們調(diào)用第一個(gè)方法棧幀時(shí)，它就會(huì)給第一個(gè)方法分配棧幀空間，并且壓入棧內(nèi)，當(dāng)這個(gè)方法執(zhí)行完了，就會(huì)把這個(gè)方法棧幀出棧，釋放這個(gè)方法所占用的內(nèi)存。
一個(gè)棧內(nèi)可能有多個(gè)棧幀存在。

總結(jié)
Java Virtual Machine Stacks(Java虛擬機(jī)棧)

• 每個(gè)線程運(yùn)行時(shí)所需要的內(nèi)存，稱為虛擬機(jī)棧

• 每個(gè)棧由多個(gè)棧幀(Frame)組成，對(duì)應(yīng)著每次方法調(diào)用時(shí)所占用的內(nèi)存

• 每個(gè)線程只能有一個(gè)活動(dòng)棧幀，對(duì)應(yīng)著當(dāng)前正在執(zhí)行的那個(gè)方法(位于棧頂)

活動(dòng)棧幀表示線程正在執(zhí)行的方法。

3.2.棧的演示

public class teststacks {
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
		method1();
	}
	public static void method1(){
		method2(1,2);
	}
	public static int method2(int a,int b){
		int c=a+b;
		return c;
	}}

可以自行調(diào)試以上代碼來觀察棧中的變化情況。
入棧順序：main->method1->method2
出棧順序：method2->method1->main

3.3.棧的問題辨析

1. 垃圾回收是否涉及棧內(nèi)存？
   不涉及，垃圾回收只是回收堆內(nèi)存中的無用對(duì)象，棧內(nèi)存不需要對(duì)它執(zhí)行垃圾回收，隨著方法的調(diào)用結(jié)束，棧內(nèi)存就釋放了。

2. 棧內(nèi)存分配越大越好嗎？
   首先棧內(nèi)存可以指定：-Xss size(如果不指定棧內(nèi)存大小，不同系統(tǒng)會(huì)有一個(gè)不同的默認(rèn)值)
   其次由于電腦內(nèi)存一定，假如有100Mb,如果給棧內(nèi)存指定為2Mb,則最多只能存在50個(gè)線程，所以并不是越大越好，棧內(nèi)存較大一般是可以進(jìn)行較多次的方法遞歸調(diào)用，而不會(huì)增強(qiáng)線程效率，反而會(huì)使線程數(shù)量減少，一般使用默認(rèn)大小。

3.4.棧的線程安全問題

看一個(gè)變量是否線程安全，首先就是看這個(gè)變量對(duì)多個(gè)線程是共享的還是私有的，共享的變量需要考慮線程安全。
其次局部變量也不能保證是線程安全的，需要看此變量是否逃離了方法的作用范圍(作為參數(shù)和返回值逃出方法作用范圍時(shí)需要考慮線程安全問題)
例如：
以下代碼中局部變量是私有的，是線程安全的

	//多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行該方法，會(huì)不會(huì)造成x值混亂呢？
	//不會(huì)，因?yàn)閤是方法內(nèi)的局部變量，是線程私有的，互不干擾
	static void m1(){
		int x=0;
		for(int i=0;i<5000;i++){
			x++;
		}
		System.out.println(x);
	}

但是如果我們把變量的類型改為static,此時(shí)就大不一樣了，x是靜態(tài)變量，線程1和線程2同時(shí)擁有同一個(gè)x，static變量針對(duì)多個(gè)線程是一個(gè)共享的，不加安全保護(hù)的話，就會(huì)出現(xiàn)線程安全問題。

	static void m1(){
		static int x=0;
		for(int i=0;i<5000;i++){
			x++;
		}
		System.out.println(x);
	}

我們?cè)倏磶讉€(gè)方法

public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append(4);
        sb.append(5);
        sb.append(6);
        new Thread(()->{
            m2(sb);
        }).start();
    }
    public static void m1() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append(1);
        sb.append(2);
        sb.append(3);
        System.out.println(sb.toString());
    }
    public static void m2(StringBuilder sb) {
        sb.append(1);
        sb.append(2);
        sb.append(3);
        System.out.println(sb.toString());
    }
    public static StringBuilder m3() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append(1);
        sb.append(2);
        sb.append(3);
        return sb;
    }

m1是線程安全的：m1中的sb是線程中的局部變量，它是屬于線程私有的
m2線程不安全：sb它是方法的參數(shù)，有可能有其它的線程訪問到它，它就不再是線程私有的了，它對(duì)多個(gè)線程是共享的。
m3不是線程安全的:它被當(dāng)成返回結(jié)果返回了，返回了有可能其它的線程拿到這個(gè)對(duì)象，從而并發(fā)的修改。

3.5.棧內(nèi)存溢出(StackOverflowError)

什么情況下會(huì)導(dǎo)致棧內(nèi)存溢出吶？
1.棧幀過多導(dǎo)致棧內(nèi)存溢出(一般遞歸調(diào)用次數(shù)太多，進(jìn)棧太多導(dǎo)致溢出)
這里最容易出現(xiàn)的場(chǎng)景是函數(shù)的遞歸調(diào)用。
2.棧幀過大導(dǎo)致棧內(nèi)存溢出(不太容易出現(xiàn))

棧內(nèi)存溢出代碼演示1(自己開發(fā))：
測(cè)試以下的程序，其中遞歸函數(shù)沒有遞歸邊界

public class Demo1_2 {
	private static int count;
    public static void main(String[] args) {
        try {
            method1();
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println(count);
        }
    }
    private static void method1() {
        count++;
        method1();
    }}

運(yùn)行結(jié)果如下

…

這里報(bào)了錯(cuò)誤StackOverflowError。
總共進(jìn)行了22846次遞歸調(diào)用

idea中設(shè)置棧內(nèi)存大?。?/strong>

將棧內(nèi)存設(shè)置的小一點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)5000多次遞歸調(diào)用就溢出了。

棧內(nèi)存溢出代碼演示2(第三方依賴庫出現(xiàn))：

本案例可以使用JsonIgnore注解解決循環(huán)依賴，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)，只讓部門類去關(guān)聯(lián)員工類，員工類不再關(guān)聯(lián)部門類，在員工類的部門屬性(dept)上加@JsonIgnore注解。具體使用詳情可以點(diǎn)擊此處查看

3.6.線程運(yùn)行診斷

3.6.1.案例1:cpu占用過多(linux系統(tǒng)為例)

排查步驟：

1.在linux中使用top命令，去查看后臺(tái)進(jìn)程對(duì)cpu的占用情況
注意，在這之前我們運(yùn)行了一道Java程序

Java代碼占用了CPU的99.3%.top命令只能定位到進(jìn)程，而無法定位到線程。

2.查看線程對(duì)cpu的占用情況：ps H -eo pid,tid,%cpu
如果顯示過多，可使用ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 進(jìn)程id,過濾掉不想看的部分進(jìn)程
注意：ps不僅可以查看進(jìn)程，也可以查看線程對(duì)CPU的占用情況。H把進(jìn)程中的線程所有信息都展示出來。-eo規(guī)定輸出感興趣的內(nèi)容，這里我們想看看pid,tid和CPU的占用情況%cpu

當(dāng)線程數(shù)太多，排查不方便的話，我們可以用grep pid來進(jìn)行篩選，過濾掉不感興趣的進(jìn)程
ps H -eo pid,tid,%cpu |grep 32655

3.定位到是哪個(gè)線程占用內(nèi)存過高后，再使用Jdk提供的命令(jstack+進(jìn)程id)去查看進(jìn)程中各線程的運(yùn)行信息，需要把第二步中查到的線程id(十進(jìn)制)轉(zhuǎn)為十六進(jìn)制，然后進(jìn)行比較查詢到位置后判斷異常信息。

thread1,thread2,thread3是我們自己定義的線程。
可以根據(jù)線程id，找到有問題的線程，進(jìn)一步定位到問題代碼的源碼行號(hào)

3.6.2.案例2:線程診斷_遲遲得不到結(jié)果

仍然通過jdk提供的 jstack+進(jìn)程id的方式，去查看進(jìn)程中各個(gè)線程的運(yùn)行信息

4.本地方法棧

含義：Java虛擬機(jī)調(diào)用本地方法時(shí)，需要給本地方法提供的一些內(nèi)存空間
本地方法不是由Java編寫的代碼，由于Java有時(shí)不能直接和操作系統(tǒng)打交道，所以需要用C/C++語言來與操作系統(tǒng)打交道，那么Java就可以通過調(diào)用本地方法來獲得這些功能。本地方法非常的多，如Object類的clone()，hashCode方法，wait方法,notify方法等

public native int hashCode();

5.堆

5.1.定義

1.虛擬機(jī)棧，程序計(jì)數(shù)器，本地方法棧，這些都是線程私有的，而堆和方法區(qū)，是線程公用的一塊內(nèi)存區(qū)域。
2.通過new關(guān)鍵字創(chuàng)建的對(duì)象都會(huì)使用堆內(nèi)存
3.由于堆是線程共享的，堆內(nèi)的對(duì)象都要考慮線程安全問題(也有一些例外)
4.堆有垃圾回收機(jī)制，不再被引用的對(duì)象會(huì)被回收

5.2.堆內(nèi)存溢出(OutOfMemoryError:Java heap space)

對(duì)象一直存在于堆中未被回收，且占用內(nèi)存越來越大，最終導(dǎo)致堆內(nèi)存溢出(雖然堆中有垃圾回收機(jī)制，但垃圾回收機(jī)制不是回收所有的對(duì)象)
我們可以看看下面的代碼

public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        try {
            List<String> list = new ArrayList<>();
            String a = "hello";
            while (true) {
                list.add(a); // hello, hellohello, hellohellohellohello ...
                a = a + a;  // hellohellohellohello
                i++;
            }
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println(i);
        }}

報(bào)了錯(cuò)誤java.lang.OutOfMemoryError
代碼中每次都拼接一個(gè)hello，由于定義的list集合創(chuàng)建在try語句里面，所以在for循環(huán)不斷執(zhí)行過程中，list集合是不會(huì)被回收的，只要程序還沒到catch之前，它就一直有效。而字符串對(duì)象都被追加到了集合內(nèi)部，字符串對(duì)象由于一直被使用，所以不會(huì)被回收。
我們可以通過-Xmx來設(shè)置堆空間大小。

我們把堆內(nèi)存改成8M(之前內(nèi)存是4G),此時(shí)只運(yùn)行了17次。

5.3.堆內(nèi)存診斷

1.jps工具：jps,查看當(dāng)前進(jìn)程中有哪些Java進(jìn)程，并將進(jìn)程id顯示出來(idea中通過terminal命令行輸入命令)
2.jmap工具：jmap -heap 進(jìn)程id 查詢某一個(gè)時(shí)刻堆內(nèi)存的占用情況
3.jconsole工具:圖形界面的，多功能監(jiān)測(cè)工具，可連續(xù)監(jiān)測(cè)，使用流程圖如下(1-2-3)：

6.方法區(qū)

6.1.定義

方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，他用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)常量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。(與類有關(guān)的信息)。雖然Java虛擬機(jī)規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個(gè)邏輯部分，但是他卻有一個(gè)別名叫做Non-Heap（非堆），目的應(yīng)該是與Java堆區(qū)分開來。方法區(qū)在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。
對(duì)于習(xí)慣在HotSpot虛擬機(jī)上開發(fā)、部署程序的開發(fā)者來說，很多都更愿意把方法取稱為“永久代”（Permanent Generation），本質(zhì)上兩者并不等價(jià)，僅僅是因?yàn)镠otSpot虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)選擇把GC分代收集擴(kuò)展至方法區(qū)，或者說使用永久代來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)而已，這樣HotSpot的垃圾收集器可以像管理Java堆一樣管理這部分內(nèi)存，能夠省去專門為方法區(qū)編寫內(nèi)存管理代碼的工作。對(duì)于其他虛擬機(jī)（如BEA JRockit、IBM J9等）來說是不存在永久代的概念的。原則上，如何實(shí)現(xiàn)方法區(qū)屬于虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，不受虛擬機(jī)規(guī)范約束，但使用永久代來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)，現(xiàn)在看來并不是一個(gè)好主意，因?yàn)檫@樣更容易遇到內(nèi)存溢出問題（永久代有-XX:MaxPermSize的上限，J9和JRockit只要沒有觸碰到進(jìn)程可用內(nèi)存的上限，例如32位系統(tǒng)中的4GB，就不會(huì)出現(xiàn)問題），而且有極少數(shù)方法（例如String.intern()）會(huì)因這個(gè)原因?qū)е虏煌摂M機(jī)下有不同的表現(xiàn)。因此，對(duì)于HotSpot虛擬機(jī)，根據(jù)官方發(fā)布的路線圖信息，現(xiàn)在也已放棄永久代并逐步改為采用Navtive Memory來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)的規(guī)劃，在JDK1.7的HostSpot中，已經(jīng)把原本放在永久代的字符串常量池移出,jdk1.8中后稱作元空間，用的操作系統(tǒng)內(nèi)存。
Java虛擬機(jī)規(guī)范對(duì)方法區(qū)的限制非常寬松，除了和Java堆一樣不需要連續(xù)的內(nèi)存和可以喧囂而固定大小或者可擴(kuò)展外，還可以選擇不實(shí)現(xiàn)垃圾收集。相對(duì)而言，垃圾收集行為在這個(gè)區(qū)域是比較少出現(xiàn)的，但并非數(shù)據(jù)進(jìn)入了方法區(qū)就如永久代的名字一樣“永久”存在了。這區(qū)域的內(nèi)存回收目標(biāo)主要是針對(duì)常量池的回收和對(duì)類型的卸載，一般來說，這個(gè)區(qū)域的回收“成績(jī)”比較難以令人滿意，尤其是類型的卸載，條件相當(dāng)苛刻，但是這部分區(qū)域的回收確實(shí)是必要的。在Sun公司的BUG列表中，曾出現(xiàn)過的若干個(gè)嚴(yán)重的BUG就是由于低版本的HotSpot虛擬機(jī)對(duì)此區(qū)域未完全回收而導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。
根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定，當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時(shí)，將拋出OutOfMemoryError異常。

文原文關(guān)于虛擬機(jī)的定義：

6.2.定義

jdk1.8之前,方法區(qū)是用的堆內(nèi)存，1.8之后，方法區(qū)用的操作系統(tǒng)內(nèi)存。
這塊不是太清晰，可以參考下此篇博客點(diǎn)擊查看
常量池分為靜態(tài)常量池和動(dòng)態(tài)常量池，下圖中的常量池指的是動(dòng)態(tài)常量池，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)被讀入內(nèi)存中去，而靜態(tài)常量池存在于class文件中

6.3.方法區(qū)內(nèi)存溢出（OutOfMemoryError: Metaspace）

1.8以前會(huì)導(dǎo)致永久代內(nèi)存溢出

1.8以后會(huì)導(dǎo)致元空間內(nèi)存溢出

/**
 * 演示元空間內(nèi)存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
 * -XX:MaxMetaspaceSize=8m
 */public class Demo1_8 extends ClassLoader { // 可以用來加載類的二進(jìn)制字節(jié)碼
    public static void main(String[] args) {
        int j = 0;
        try {
            Demo1_8 test = new Demo1_8();
            
            for (int i = 0; i < 10000; i++, j++) {
                // ClassWriter 作用是生成類的二進(jìn)制字節(jié)碼
                ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
                //參數(shù):版本號(hào)， public， 類名, 包名, 父類， 接口
                cw.visit(Opcodes.V1_8, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null, "java/lang/Object", null);
                // 生成類，二進(jìn)制字節(jié)碼用byte來表示，返回 byte[]
                byte[] code = cw.toByteArray();
                // 執(zhí)行了類的加載
                test.defineClass("Class" + i, code, 0, code.length); // Class 對(duì)象
            }
        } finally {
            System.out.println(j);
        }
    }}

jdk1.8以后， 默認(rèn)情況下，方法區(qū)用的是系統(tǒng)內(nèi)存，所以加大還是不會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出，循環(huán)很多次都運(yùn)行成功。
當(dāng)設(shè)置了-XX:MaxMetaspaceSize=8m，到了5411次就溢出了。報(bào)的是java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace錯(cuò)誤

而1.8以前永久代溢出報(bào)的錯(cuò)誤是java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space

6.4.常量池

常量池，就是一張表，虛擬機(jī)指令根據(jù)這站常量表找到要執(zhí)行的類名、方法名、參數(shù)類型、字面量信息(如字符串常量、true和false)。
運(yùn)行時(shí)常量池，常量池是.class文件中的，當(dāng)該類被加載，它的常量池信息就會(huì)放入運(yùn)行時(shí)常量池，并把里面的符號(hào)地址變?yōu)檎鎸?shí)地址*。

public class HelloWorld {
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("hello,world");
	}}

以上是一個(gè)helloworld程序，helloworld要運(yùn)行，肯定要先編譯成一個(gè)二進(jìn)制字節(jié)碼。
二進(jìn)制字節(jié)碼由類的基本信息、常量池、類方法定義（包含了虛擬機(jī)指令）。
反編譯HelloWorld(之前需要運(yùn)行將.java文件編譯成.class文件)
使用idea工具

F:\IDEA\projects\jvm>javap -v F:\IDEA\projects\jvm\out\production\untitled\HelloWorld.class

F:\IDEA\projects\jvm\out\production\untitled\是HelloWorld.class所在的路徑

顯示類的詳細(xì)信息

Classfile /F:/IDEA/projects/jvm/out/production/untitled/HelloWorld.class
  Last modified 2021-1-30; size 533 bytes
  MD5 checksum 82d075eb7217b4d23706f6cfbd44f8f1
  Compiled from "HelloWorld.java"public class HelloWorld
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER

可以看到類的文件，最后修改時(shí)間，簽名。以及版本等等。有的還有訪問修飾符、父類和接口等詳細(xì)信息。

顯示常量池

Constant pool:
   #1 = Methodref          #6.#20         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref           #21.#22        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   #3 = String             #23            // hello,world
   #4 = Methodref          #24.#25        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
   #5 = Class              #26            // HelloWorld
   #6 = Class              #27            // java/lang/Object
   #7 = Utf8               <init>
   #8 = Utf8               ()V
   #9 = Utf8               Code
  #10 = Utf8               LineNumberTable
  #11 = Utf8               LocalVariableTable
  #12 = Utf8               this
  #13 = Utf8               LHelloWorld;
  #14 = Utf8               main
  #15 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #16 = Utf8               args
  #17 = Utf8               [Ljava/lang/String;
  #18 = Utf8               SourceFile
  #19 = Utf8               HelloWorld.java
  #20 = NameAndType        #7:#8          // "<init>":()V
  #21 = Class              #28            // java/lang/System
  #22 = NameAndType        #29:#30        // out:Ljava/io/PrintStream;
  #23 = Utf8               hello,world
  #24 = Class              #31            // java/io/PrintStream
  #25 = NameAndType        #32:#33        // println:(Ljava/lang/String;)V
  #26 = Utf8               HelloWorld
  #27 = Utf8               java/lang/Object
  #28 = Utf8               java/lang/System
  #29 = Utf8               out
  #30 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
  #31 = Utf8               java/io/PrintStream
  #32 = Utf8               println
  #33 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V

顯示方法定義

{
  public HelloWorld();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 1: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature            0       5     0  this   LHelloWorld;

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         3: ldc           #3                  // String hello,world
         5: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
         8: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0
        line 4: 8
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature            0       9     0  args   [Ljava/lang/String;}

第一個(gè)方法是public HelloWorld();它是編譯器自動(dòng)為我們構(gòu)造的無參構(gòu)造方法。
第二個(gè)是public static void main(java.lang.String[]);即main方法
方噶里面就包括了虛擬機(jī)的指令了。
getstatic獲取一個(gè)靜態(tài)變量，即獲取System.out靜態(tài)變量
ldc是加載一個(gè)參數(shù)，參數(shù)是字符串hello,world
invokevirtual虛方法調(diào)用，println方法
return執(zhí)行結(jié)束。
我們getstatic、ldc、invokevirtual后面都有一個(gè)#2,#3,#4。在解釋器翻譯這些虛擬機(jī)指令的時(shí)候，它會(huì)把這些#2,#3,#4進(jìn)行一個(gè)查表翻譯。比如getstatic #2，就去查常量池的表。在常量池中
#2 = Fieldref #21.#22 引用的是成員變量#21,#22.
#21 = Class #28 // java/lang/System
#22 = NameAndType #29:#30 // out:Ljava/io/PrintStream;
然后再去找#28.29，30
#28 = Utf8 java/lang/System
#29 = Utf8 out
#30 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;
所以現(xiàn)在我就知道了，我是要找到j(luò)ava.lang.system類下叫out的成員變量，類型是java/io。
同理，ldc是找#3 = String #23 Utf8 hello,world，它是虛擬機(jī)常量池的一個(gè)字符串。把helloworld常量變成字符串對(duì)象加載進(jìn)來。
invokevirtual #4 Methodref #24.#25 等等
所以常量池的作用就是給我們指令提供一些常量符號(hào)，根據(jù)這些常量符號(hào)，我們就可以根據(jù)查表的方式去找到它，這樣虛擬機(jī)才能成功的執(zhí)行它。

感謝你的閱讀，希望你對(duì)“Java內(nèi)存結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介”這一關(guān)鍵問題有了一定的理解，具體使用情況還需要大家自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)使用過才能領(lǐng)會(huì)，快去試試吧，如果想閱讀更多相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道！