了解Java虚拟机JVM的基本结构及JVM的内存溢出方式

jvm内部结构图

java虚拟机主要分为五个区域：方法区、堆、java栈、pc寄存器、本地方法栈。下面
来看一些关于jvm结构的重要问题。

1.哪些区域是共享的？哪些是私有的？

java栈、本地方法栈、程序计数器是随用户线程的启动和结束而建立和销毁的，
每个线程都有独立的这些区域。而方法区、堆是被整个jvm进程中的所有线程共享的。

2.方法区保存什么？会被回收吗？

方法区不是只保存的方法信息和代码，同时在一块叫做运行时常量池的子区域还
保存了class文件中常量表中的各种符号引用，以及翻译出来的直接引用。通过堆中
的一个class对象作为接口来访问这些信息。

虽然方法区中保存的是类型信息，但是也是会被回收的，只不过回收的条件比较苛刻：

（1）该类的所有实例都已经被回收

（2）加载该类的classloader已经被回收

（3）该类的class对象没有在任何地方被引用（包括class.forname反射访问）

3.方法区中常量池的内容不变吗？

方法区中的运行时常量池保存了class文件中静态常量池中的数据。除了存放这些编译时
生成的各种字面量和符号引用外，还包含了翻译出来的直接引用。但这不代表运行时常量池
就不会改变。比如运行时可以调用string的intern方法，将新的字符串常量放入池中。

package com.cdai.jvm; 
 
public class runtimeconstantpool { 
 
  public static void main(string[] args) { 
 
    string s1 = new string("hello"); 
    string s2 = new string("hello"); 
    system.out.println("before intern, s1 == s2: " + (s1 == s2)); 
     
    s1 = s1.intern(); 
    s2 = s2.intern(); 
    system.out.println("after intern, s1 == s2: " + (s1 == s2)); 
     
  } 
 
} 

4.所有的对象实例都在堆上分配吗？

随着逃逸分析技术的逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术使得“所有对象都分配
在堆上”也变得不那么绝对。

所谓逃逸就是当一个对象的指针被多个方法或线程引用时，我们称这个指针发生逃逸。
一般来说，java对象是在堆里分配的，在栈中只保存了对象的指针。假设一个局部变量
在方法执行期间未发生逃逸（暴露给方法外），则直接在栈里分配，之后继续在调用栈
里执行，方法执行结束后栈空间被回收，局部变量就也被回收了。这样就减少了大量临时
对象在堆中分配，提高了gc回收的效率。

另外，逃逸分析也会对未发生逃逸的局部变量进行锁省略，将该变量上拥有的锁省略掉。
启用逃逸分析的方法时加上jvm启动参数：-xx:+doescapeanalysis?escapeanalysistest。

5.访问堆上的对象有几种方式？

（1）指针直接访问

栈上的引用保存的就是指向堆上对象的指针，一次就可以定位对象，访问速度比较快。
但是当对象在堆中被移动时（垃圾回收时会经常移动各个对象），栈上的指针变量的值
也需要改变。目前jvm hotspot采用的是这种方式。

（2）句柄间接访问

栈上的引用指向的是句柄池中的一个句柄，通过这个句柄中的值再访问对象。因此句柄
就像二级指针，需要两次定位才能访问到对象，速度比直接指针定位要慢一些，但是当
对象在堆中的位置移动时，不需要改变栈上引用的值。

jvm内存溢出的方式
了解了java虚拟机五个内存区域的作用后，下面我们来继续学习下在什么情况下
这些区域会发生溢出。

1.虚拟机参数配置

-xms：初始堆大小，默认为物理内存的1/64(<1gb)；默认(minheapfreeratio参数可以调整)空余堆内存小于40%时，jvm就会增大堆直到-xmx的最大限制。

-xmx：最大堆大小，默认(maxheapfreeratio参数可以调整)空余堆内存大于70%时，jvm会减少堆直到 -xms的最小限制。

-xss：每个线程的堆栈大小。jdk5.0以后每个线程堆栈大小为1m，以前每个线程堆栈大小为256k。应根据应用的线程所需内存大小进行适当调整。在相同物理内存下，减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验值在3000~5000左右。一般小的应用， 如果栈不是很深， 应该是128k够用的，大的应用建议使用256k。这个选项对性能影响比较大，需要严格的测试。

-xx:permsize：设置永久代(perm gen)初始值。默认值为物理内存的1/64。

-xx:maxpermsize：设置持久代最大值。物理内存的1/4。

2.方法区溢出

因为方法区是保存类的相关信息的，所以当我们加载过多的类时就会导致方法区
溢出。在这里我们通过jdk动态代理和cglib代理两种方式来试图使方法区溢出。

2.1 jdk动态代理

package com.cdai.jvm.overflow; 
 
import java.lang.reflect.invocationhandler; 
import java.lang.reflect.method; 
import java.lang.reflect.proxy; 
 
public class methodareaoverflow { 
 
  static interface oominterface { 
  } 
   
  static class oomobject implements oominterface { 
  } 
   
  static class oomobject2 implements oominterface { 
  } 
   
  public static void main(string[] args) { 
    final oomobject object = new oomobject(); 
    while (true) { 
      oominterface proxy = (oominterface) proxy.newproxyinstance( 
          thread.currentthread().getcontextclassloader(),  
          oomobject.class.getinterfaces(),  
          new invocationhandler() { 
            @override 
            public object invoke(object proxy, method method, object[] args) 
                throws throwable { 
              system.out.println("interceptor1 is working"); 
              return method.invoke(object, args); 
            } 
          } 
      ); 
      system.out.println(proxy.getclass()); 
      system.out.println("proxy1: " + proxy); 
       
      oominterface proxy2 = (oominterface) proxy.newproxyinstance( 
          thread.currentthread().getcontextclassloader(),  
          oomobject.class.getinterfaces(),  
          new invocationhandler() { 
            @override 
            public object invoke(object proxy, method method, object[] args) 
                throws throwable { 
              system.out.println("interceptor2 is working"); 
              return method.invoke(object, args); 
            } 
          } 
      ); 
      system.out.println(proxy2.getclass()); 
      system.out.println("proxy2: " + proxy2); 
    } 
  } 
 
} 

虽然我们不断调用proxy.newinstance()方法来创建代理类，但是jvm并没有内存溢出。
每次调用都生成了不同的代理类实例，但是代理类的class对象没有改变。是不是proxy
类对代理类的class对象有缓存？具体原因会在之后的《jdk动态代理与cglib》中进行
详细分析。

2.2 cglib代理

cglib同样会缓存代理类的class对象，但是我们可以通过配置让它不缓存class对象，
这样就可以通过反复创建代理类达到使方法区溢出的目的。

package com.cdai.jvm.overflow; 
 
import java.lang.reflect.method; 
 
import net.sf.cglib.proxy.enhancer; 
import net.sf.cglib.proxy.methodinterceptor; 
import net.sf.cglib.proxy.methodproxy; 
 
public class methodareaoverflow2 { 
 
  static class oomobject { 
  } 
 
  public static void main(string[] args) { 
    while (true) { 
      enhancer enhancer = new enhancer(); 
      enhancer.setsuperclass(oomobject.class); 
      enhancer.setusecache(false); 
      enhancer.setcallback(new methodinterceptor() { 
        @override 
        public object intercept(object obj, method method, 
            object[] args, methodproxy proxy) throws throwable { 
          return method.invoke(obj, args); 
        } 
      }); 
      oomobject proxy = (oomobject) enhancer.create(); 
      system.out.println(proxy.getclass()); 
    } 
  } 
   
} 

3.堆溢出

堆溢出比较简单，只需通过创建一个大数组对象来申请一块比较大的内存，就可以使
堆发生溢出。

package com.cdai.jvm.overflow; 
 
public class heapoverflow { 
 
  private static final int mb = 1024 * 1024; 
   
  @suppresswarnings("unused") 
  public static void main(string[] args) { 
    byte[] bigmemory = new byte[1024 * mb]; 
  } 
 
} 

4.栈溢出

栈溢出也比较常见，有时我们编写的递归调用没有正确的终止条件时，就会使方法不断
递归，栈的深度不断增大，最终发生栈溢出。

package com.cdai.jvm.overflow; 
 
public class * { 
 
  private static int stackdepth = 1; 
   
  public static void *() { 
    stackdepth++; 
    *(); 
  } 
   
  public static void main(string[] args) { 
    try { 
      *(); 
    }  
    catch (exception e) { 
      system.err.println("stack depth: " + stackdepth); 
      e.printstacktrace(); 
    } 
  } 
   
}