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day1_内存区域

article 2024/11/15 5:19:38

文章目录

  • 1 程序计数器
  • 2 虚拟机栈(JVM 栈)
    • 2.1 基本概念以及演示
    • 2.2 栈内存溢出的情况
    • 2. 3 线程排查
  • 3 本地方法栈
  • 4 堆
    • 4.1 堆内存溢出以及诊断
  • 5 方法区

JVM的内存区域，主要分为了5个部分: 方法区， 堆， 程序计数器， 虚拟机栈，本地方法栈。其中程序计数器，虚拟机栈和本地方法栈是线程私有的。

1 程序计数器

程序计数器中存放的是下一条执行指令的地址。程序计数器的特点是:

  • 是线程私有的
  • 不会出现内存溢出的情况（而栈，堆则会出现内存溢出）。

2 虚拟机栈(JVM 栈)

2.1 基本概念以及演示

  • 虚拟机栈：每个线程所需要的内存。而这个栈内存，我们可以通过参数-Xss来设置的，在Linux中默认好像是1MB，这个值可以在IDEA中设置，如下所示:
    在这里插入图片描述
    但是并不是说分配到的栈内存越大约好的，因为物理内存是固定的，那么如果栈内存越大，那么导致线程数就变少了。
  • 栈帧：每次方法被调用时所需要分配的内存（需要给这个方法的参数，局部变量，返回值分配内存)。当这个方法执行完毕之后，就会将这个栈帧从栈内存中跳出，自动释放这个栈帧占用的内存。
  • 活动栈帧: 当前线程正在执行的方法（这个方法位于栈顶)

如下面的代码：

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
         method1();   
    }

    private static void method1() {
        method2(2, 3);
    }

    private static int method2(int a, int b) {
        int c = a + b;
        return c;
    }
}

给method1方法的地方打一个端点，此时进入调试模式，就可以看到对应的栈的情况了:
在这里插入图片描述
当我们进入到了method1方法内部，在进入method2方法内部，此时栈中的情况就有了3个栈帧，如下所示：
在这里插入图片描述
此时就有了3个栈帧（method2, method1, main)，并且当前线程正在执行method2方法，所以method2是一个活动栈帧(位于栈顶)。
当method2执行完毕之后，method2这个栈帧就会从栈中弹出，自动挥手这部分的内存，此时栈中就剩下了method1, main这2个栈帧了，如下所示:
在这里插入图片描述
同样的，当method1执行完毕返回之后，method1这个栈帧从栈中弹出，并被回收，而栈中只剩下了main栈帧，当main方法执行完毕之后，main从栈中弹出并被回收。
所以整个过程中栈的变化流程为:
在这里插入图片描述
根据上面提到的，当这个方法使用完之后，对应的栈帧就会从栈中弹出，并且自动回收这部分的内存，所以垃圾回收并没有涉及到栈内存，也即是说不会回收栈。

同时需要注意的是，每次方法被调用，都会产生一个新的栈帧，那么这时候方法内的局部变量是否存在一个线程安全的问题？
答案取决与这个局部变量是否逃离了这个方法，所谓的逃离，就是说这个局部变量（是一个引用类型）是否是从方法外部传入的变量,或者说这个局部变量作为方法的返回值返回。
如果局部变量既不是由方法外部传入的，并且没有作为返回值返回，那么是线程安全的，否则如果这个局部变量是由方法外部传入，或者作为返回值返回，并且这个局部变量是一个引用类型，那么此时可能会出现线程安全问题，如下所示:

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
         StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
         new Thread(() -> {
             method3(stringBuilder);
         }).start();
         new Thread(()->{
             method3(stringBuilder);
         }).start();
         stringBuilder.append(1);
         stringBuilder.append(2);
         stringBuilder.append(3);
         Thread.sleep(2000);
         System.out.println(stringBuilder.toString());
    }
    private static StringBuilder method4(){
    //局部变量作为返回值返回，并且是一个引用类型，所以这个局部变量需要考虑一下线程安全问题
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        stringBuilder.append(4);
        stringBuilder.append(5);
        return stringBuilder;
    }
    private static void method3(StringBuilder stringBuilder) {
    //这个方法中的参数是从方法外部传入的，并且是是一个引用类型，所以这个局部变量需要考虑线程安全问题
        stringBuilder.append(4);
        stringBuilder.append(5);
    }
}

2.2 栈内存溢出的情况

如果出现了栈内存溢出，那么就会抛出错误StackOverFlowError。那么导致栈内存溢出的原因主要有:

  • 栈帧过多导致的栈内存溢出（这个是常见的）
    栈帧过多，也即是方法被调用的多了，并且这些方法并没有执行完，所以不会从栈中跳出，从而导致栈溢出。
    例如我们在进入递归的时候，如果这个递归结束的条件没有设置好，就会导致不断进入递归，而无法结束方法调用，此时就会出现了栈内存溢出。如下面的代码所示:
    public class Demo1 {
    static int count = 0;
    public static void main(String[] args) {
         try{
             method1();
         }catch (Error e){
             System.out.println(count);
             e.printStackTrace();
         }
    }
    private static void method1() {
        ++count;
        method1();
        method2(2, 3);
    }
}
    最后的结果如下所示:
    在这里插入图片描述
    另一种可能就是我们将对象以字符串形式输出这个对象信息的时候，对象之间存在循环引用的关系，从而导致StackOverFlowError，如下所示:
public class Demo1 {

    public static void main(String[] args) {
         //method1();
        Employee e1 = new Employee();
        e1.setName("a");
        Department department = new Department();
        department.setName("d_01");
        e1.setDepartment(department);
        department.setEmployeeList(Arrays.asList(e1));
        System.out.println(department);
    }
}

class Employee{
    private String name;
    private Department department;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Department getDepartment() {
        return department;
    }

    public void setDepartment(Department department) {
        this.department = department;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Employee{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", department=" + department +
                '}';
    }
}

class Department{
    private String name;
    private List<Employee> employeeList;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public List<Employee> getEmployeeList() {
        return employeeList;
    }

    public void setEmployeeList(List<Employee> employeeList) {
        this.employeeList = employeeList;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Department{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", employeeList=" + employeeList +
                '}';
    }
}

正如上面的代码所示: Employee -> Department，而Department中的List<Employee>又依赖于Employee，此时就出现了循环以来的问题，最后打印Department的时候，就会抛出StackOverFlowError错误了。

  • 栈帧过大导致的栈内存溢出.

2. 3 线程排查

如果要排查占用内存最高的线程，我们可以使用linux中top命令进行排查，对应的步骤如下所示:

  • 切换成root身份，之后输入top -c 命令，来查看各个进程占用内存的情况，此时就可以得知占用内存最高的进程id了
  • 输入命令top -pH PID(PID是上面查到的进程ID）,这样就可以得知这个进程下面的各个线程占用内存的情况，此时可以得知这个进程下面哪个线程tid占用内存最高。
  • 输入命令printf "%x\n" tid，将上一步中得到的占用内存最高的线程id以十六进制的形式打印出来
  • 输入命令jstack PID | grep xxx,来查看PID这个进程下面的各个线程的运行情况，同时利用grep xxx，来查找tid为xxx的线程，其中xxx就是上面获得的线程id的十六进制形式（第3步可以得知)

由于死锁而导致程序迟迟无法输出，那么我们同样可以根据上面的步骤，来进行排查,但是由于程序无法迟迟输出，那么可能导致占用的内存并不是很多，所以使用top命令不会很容易找到我们需要寻找的进程的进程id。
所以我们需要先利用命令ps -ef | grep "xxx.java",来寻找我们需要看的进程，从而得到他对应的进程ID。最后通过命令jstack PID来查看这个进程下面的各个线程的运行状态。
如下面一段死锁的代码:

public class DeadLock {
    static LockA lockA = new LockA();
    static LockB lockB = new LockB();
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            synchronized (lockA){
                System.out.println("ThreadA got lockA");
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (lockB){
                    System.out.println("ThreadA got lockB");
                }
            }
        }).start();

        new Thread(() ->{
            synchronized (lockB){
                System.out.println("ThreadB got lockB");
                synchronized (lockA){
                    System.out.println("ThreadB got lockA");
                }
            }
        }).start();
    }
    static class LockA{
    }

    static class LockB{

    }
}

当我们使用linux进行排查的时候，首先利用ps -ef | grep "DeadLock",如下所示:
在这里插入图片描述
然后我们利用命令jstack 6536查看这个进程下面的各个线程的运行状况:
在这里插入图片描述

3 本地方法栈

4 堆

堆是通过new创建出来的对象，存放到堆中的。所以堆拥有的特点是:

  • 线程共享的。和前面3者不同，堆它是线程共享的，所以需要考虑到线程安全的问题
  • 有垃圾回收机制。当一个对象不在被使用的时候，那么就会被回收。而虚拟机栈则没有垃圾回收机制，因为每当方法执行完毕之后，对应的栈帧就会从栈中弹出，并且会自动回收这个栈帧对应的内存。

4.1 堆内存溢出以及诊断

尽管堆中存在垃圾回收机制，但是如果线程中的某一个list一直在使用，并且list中的元素数量不断增加，那么当元素的数量达到某一个数字的时候，就会出现堆内存溢出，发生了OutOfMemoryError: Java heap space,如下面的代码所示:

public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        try{
            List<String> list = new ArrayList<>();
            String a = "hello";
            while(true){
                list.add(a);
                a = a + a;
                ++i;
            }
        }catch(Error e){
            System.out.println(i);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

尽管我们可以通过-Xmx参数来设置堆内存的大小，在短暂解决堆内存溢出的问题，但这是治标不治本的方法，所以我们需要进行堆内存诊断，常见的手段主要有:

  • jps : 通过这个命令，可以查看当前系统的java进程，同时获得对应的进程ID
  • jmap: 可以通过命令jmap -head pid来查看这个进程的堆内存情况。所以在使用这条命令之前，需要获取对应的进程id，所以需要使用jps来获取进程id.
  • jconsole: 是一个可视化工具，可以很清楚看到堆内存的运行情况
  • jvisualvm: 同样是一个可视化工具，但是比jconsole更加完善，因为可以dump，存储某一个时刻下面的堆内存使用的情况，然后进行分析。

5 方法区

方法区的特点:

  • 线程共享的
  • 在虚拟机启动的时候就创建了的
  • 存储的信息主要有: class(类的信息，例如属性，方法等)、classloader(类加载器)、常量池

http://www.kler.cn/a/16612.html

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