Android经典面试题笔记之JVM内存管理剖析

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JVM

class文件通过类加载器加载到运行时数据区，运行时数据区又分为线程私有和线程共享的内存；

运行时数据区的数据和方法，通过执行引擎，利用解释执行或者是JIT解释成0101的数据给操作系统

1、运行时数据区

• 线程共享区
  • 方法区
  • 堆
• 线程私有
  • 虚拟机栈
  • 本地方法栈：
  • 程序计数器：

程序计数器

• 当前线程正在执行的字节码指令的地址
• 内存区域中不会有OOM
• 为什么会有？时间片轮转、多线程，需要记录

虚拟机栈

• 组成：栈帧--> 局部变量表，操作数栈、动态连接、完成出口（返回地址）
• 局部变量表：存储8大基本数据类型和引用
• 操作数栈：存放方法的执行和操作
• 动态连接：涉及多态 ，用于判断当前的方法应该执行的是哪个态的方法
• 完成出口（返回地址） ：记录的是方法返回以后应该继续执行哪里。这是正常情况，里面是根据程序计数器的地址来的，但如果是异常情况的话，就跟完成出口无关，而是走异常处理表

本地方法栈

• 保存的是native方法的信息
• 执行native方法时，JVM不再为其在虚拟机栈中创建栈帧，JVM只是简单的动态链接并直接调用native方法。程序计数器不会记录，是个null

2、方法区

• 存放类信息、常量、静态变量和即时编译期编译后额代码
• JDK>=1.8称为元空间，使用机器内存，大小基本不受限制，方便拓展；但可能会挤压堆空间
• JDK<=1.7 是永久代，内存受制于堆，会进行垃圾回收

3、Java堆

• 对象实例（几乎所有）
• 数组

为什么要分方法区和Java堆？

堆里面放的是一些经常变动需要回收的对象，方法区是一些静态的，不容易回收的信息，这是一种动静分离的思想

直接内存

不是虚拟机内存运行时数据区的一部分，也不是JVM规范中定义的内存区域；如果使用了NIO，这块区域会被频繁使用，在Java堆内可以用idrectByteBuffer对象直接引用并操作；

不受Java堆大小限制，但受本机总内存限制，也会OOM，也会被垃圾回收

NDK用的是直接内存

Intellij IDEA 在跑的时候可以设置JVM虚拟机参数，比如-Xms等

4、从底层深入理解运行时数据区

1. JVM向操作系统申请内存，设置堆、方法区和栈的内存大小
2. 进行类加载，class进入方法区
3. 常量、静态变量 进入方法区
4. 虚拟机栈---入栈帧
5. 栈帧的方法执行，局部变量的引用进入栈帧的局部变量表

HSDB 工具 查看JVM内存

深入辨析堆和栈

功能

• 以栈帧的方式存储方法调用的过程，并存储方法调用过程中的基本数据类型的变量（int、short、long、byte、float、double、boolean、char）和对象的引用变量，其内存分配咋栈上，变量出了作用域就会释放
• 堆内存用来存储Java中的对象，无论是成员变量，局部变量，还是类变量，它们指向的对象都存储在堆内存中

线程独享还是共享

• 栈内存归属于单个线程，每个线程都会有一个栈内存，其存储的变量只能在其所属的线程中可见，即栈内存可以理解成线程的私有内存
• 堆内存中的对象对所有线程可见，堆内存中的对象可以被所有线程访问

空间大小

• 栈内存要远远小于堆内存，栈的深度有限，会抛出StarkOverFlowError问题

5、内存溢出

• 栈溢出、堆溢出、方法区溢出、本机直接内存（堆外）溢出（ByteBuffer allocateDirect方法）

虚拟机优化技术

• 编译优化 --> 方法内联，就是运行的时候判断方法是不是直接的表达式，可以提取出来，这样就减少入栈出栈操作
• 栈的优化技术 -->栈帧之间数据共享，方法相互调用时有传参数，也就是操作数栈和另一个栈帧的局部变量表之间的共享

虚拟机中对象的创建过程

类加载 --> 检查加载 -->分配内存 --> 内存空间初始化 --> 设置 --> 对象初始化

6、对象的分配策略

几乎所有的对象都在堆上分配，此外满足一定条件还可以在栈上分配，也就是虚拟机栈上

对象分配策略

1. 在new关键字创建对象的时候，会首先判断是否能栈上分配，判断条件是逃逸分析，就是这个对象不会逃出方法作用域，以及逃出当前线程，也就是被其他线程引用，没有的话就是没有逃逸，可以在栈上分配，当然大小不能太大
   • 栈上分配的优点：栈上没有内存回收，效率高；
   • 对应JVM设置：-XX：+DoEscapeAnanlysis，默认是开启的
2. 不能栈上分配的话，接着判断是否本地线程分配缓冲（TLAB）（占Eden 1%），是的话直接在Eden区分配；
3. 没有在本地线程缓冲区分配的话，看是否是大对象，不是的话在Eden区分配，是的话直接去老年代
4. 是否是大对象的话，可以设置JVM的参数，比如设置为10M，大于10M就是大对象

为什么新生代分为Eden from和to，并且是8:1:1

Eden区里只存放新生成的对象，经过一次GC后，存活的就会复制到from，然后from和to采用的是复制算法GC，复制算法GC效率高；

止于比例，大数据分析过90%的对象都会被回收，复制算法空间利用率只有50%，所以最后比例是8:1:1

为什么新生代的年龄最大是15？

因为对象的GC年龄存放在对象头中，用的是一个4位的数据，4位最多就是15；这个值可以通过JVM参数修改：-XX:MaxTenuringThreshold，改成15以下的，默认是15。CMS垃圾收集器默认是6

进入老年代后，这个GC分代年龄信息就没用了

空间分配担保

就是在对象晋级到老年代时，有可能老年代内存会不够，但如果每次老年代都进行GC又影响性能，所以JVM会进行担保，让老年代不用每次都GC，直到内存真不够时再进行GC，这样提高性能

动态年龄判断

如果from和to区里面大对象比较多，然后年龄又还没到15，这时候也会直接到老年代

7、常量池

静态常量池

• 字面量，比如String i = "abc"，abc这个字面量
• 符号引用，比如String 这个类：java.lang.String
• 类的、方法的信息

运行时常量池

类加载 -- 运行时数据区 --- 方法区（逻辑区域）

实体类，符号引用 --> 直接引用(hash值)

运行时字符串常量JDK1.8后也在堆

字符串相关

String str = "ab" + "cd" + "ef"首先会生成ab对象，再生成abcd对象，最后生成abcdef对象

 //会先在常量池中创建king，并在堆里面创建一个a的String对象，并引用常量池中的King
String a = new String("king").intern();
//调用intern方法之后，会去常量池里查找是否有等于该字符串对象的引用，有就直接返回引用
String b = new String("King").intern();
所以 a == b 为true；如果没有加intern方法，则不为true，因为是2个String对象

8、面试题

什么情况下内存栈溢出？

• 无限递归，StackOverflowError
• 不断建立线程，JVM申请栈内存，机器没有足够的内存，OOM

9、问题

1. 常量池是在方法区还是在堆 JDK1.8 运行时常量池（字符串部分放入堆），静态的都在方法区
2. 普通成员变量在哪里？ 是在堆里面，比如一个class的int成员变量，在new出来的时候，会跟随对象创建在堆里面
3. 方法区：A类，类会在哪个时候卸载？回收？要同时满足下面的条件 满足以上条件只是能被回收，但不一定会被回收，比如有可能虚拟机的类的垃圾回收器被禁用了，-Xnoclassgc
   • 类---所有的实例都要回收掉
   • 加载该类的classload已经被回收
   • 该类，Java.lang.class对象，没有任何地方被引用，并且不能通过反射访问该类的方法

public class Location {
 //这个地方不会在常量池中创建
 private String city;
 private String region;

    public static void main(String[] args) {
        //JVM首先会检查该对象是否在字符串常量池中，如果在，就返回该对象引用，否则新的字符串将在常量池中被创建。
        //这种方式可以减少同一个值的字符串对象的重复创建，节约内存。
        String str ="abc";

        //首先在编译类文件时，"abc"常量字符串将会放入到常量结构中，在类加载时，“abc"将会在常量池中创建；
        //其次，在调用 new 时，JVM 命令将会调用 String 的构造函数，同时引用常量池中的"abc” 字符串，
        // 在堆内存中创建一个 String 对象；最后，str1 将引用 String 对象。
        String str1 =new String("abc");

        //这里就跟第一步类似。
        Location location = new Location();
        location.setCity("深圳");
        location.setRegion("南山");

        //首先会生成 ab 对象，再生成 abcd 对象，最后生成 abcdef 对象
        String str2= "ab" + "cd" + "ef";

        //new Sting() 会在堆内存中创建一个a的String对象，
        // “king"将会在常量池中创建
        // 在调用intern方法之后，会去常量池中查找是否有等于该字符串对象的引用，有就返回引用。
        String a =new String("king").intern();
        //调用 new Sting() 会在堆内存中创建一个b的String 对象，。
        //在调用 intern 方法之后，会去常量池中查找是否有等于该字符串对象的引用，有就返回引用。
        String b = new String("king").intern();
        //所以 a 和 b 引用的是同一个对象。
        if(a==b) {
            System.out.print("a==b");
        }else{
            System.out.print("a!=b");
        }
    }

    public String getCity() {
        return city;
    }

    public void setCity(String city) {
        this.city = city;
    }

    public String getRegion() {
        return region;
    }

    public void setRegion(String region) {
        this.region = region;
    }

}

END

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