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  • 在第一篇文章中,我把主要精力放在了什么是编译期常量,以及编译期常量有什么作用上。在这一篇文章中,我将更详细地介绍编译期常量是如何产生的。之所以要把编译期常量了解的这么透彻,是因为他是编译期运算的基础。...

    在第一篇文章中,我把主要精力放在了什么是编译期常量,以及编译期常量有什么作用上。在这一篇文章中,我将更详细地介绍编译期常量是如何产生的。之所以要把编译期常量了解的这么透彻,是因为他是编译期运算的基础。在这篇文章中还会讲解我们在C++11 标准前都可以用做哪些编译期运算(compile-time calculations),通过了解这些比较原始的方法,我们能够更好地理解C++11标准为编译期运算方面所做的工作。

    没有阅读过的建议先阅读第一篇文章哦:

    小天狼星不来客:C++干货系列——从编译期常量谈到constexpr(一)zhuanlan.zhihu.com
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    编译期常量都从哪里来?

    在我们的经验中,大部分编译期常量的来源还是字面常量(literals)以及枚举量(enumerations)。比如上一篇文章我写的someStruct<42ul, 'e', GREEN> theStruct;someStruct的三个模板参数都是常量——分别是整形字面量、char型字面量和枚举常量。

    比较典型的编译期常量的来源就是内置的sizeof操作符。编译器必须在编译期就知道一个变量占据了多少内存,所以它的值也可以被用作编译期常量。

     class SomeClass {
       //...
     };
     int const count = 10;  //作为数组的size,编译期常量
     SomeClass theMovie[count] = { /* ... */}; //常量表达式,在编译期计算
     int const otherConst = 26; //只是常量,但不是编译期常量
     
     int i = 419;
     unsigned char buffer[sizeof(i)] = {};   //常量表达式,在编译期计算
    

    另一个经常出现编译期常量最常出现的地方就是静态类成员变量(static class member variables),而枚举常量常常作为它的替换也出现在类中。

     struct SomeStruct{
       static unsigned const size1 = 44;  //编译期常量
       enum { size2 = 45 };  //编译期常量
       int someIntegers[size1];  //常量表达式,在编译期计算
       double someDoubles[size2]; //常量表达式,在编译期计算
     };
    

    与编译期常量对应的概念编译期常量表达式(compile-time constant expression)指的是,值不会改变且在编译期就可以计算出来的表达式。其实更好理解的说法是,任何不是用户自己定义的——而必须通过编译期计算出来的字面量都属于编译期常量表达式。需要注意的是,并不是所有的常量表达式都是编译期常量表达式,只有我们要求编译器计算出来时,才是编译期常量表达式。希望下边这个例子可以做很好的说明:我们通过把p安排在合适的位置——数组的size,强制编译器去计算p的值,即p此时变成了编译期常量表达式。

    const int i = 100;        
    const int j = i * 200;    //常量表达式,但不是编译期常量表达式
    
    const int k = 100;        
    const int p = k * 200;    //是编译期常量表达式,由下边数组确定
    unsigned char helper[p] = {}; //要求p是编译期常量表达式,在编译期就需确定
    

    编译期运算

    从上边的例子可以看出,有时我们可以通过某些手段去“胁迫”编译器,把运算任务从运行时提前到编译期,这就是编译期运算的原理。正如“常量表达式”这个名字,我们可以做各种各样的编译期运算,实现在编译期就确定一个常量表达式的目的。事实上,由最简单的运算表达式出发,我们可以做到各种各样的编译期运算。比如非常简单:

     int const doubleCount = 10;
     unsigned char doubleBuffer[doubleCount * sizeof(double)] = {};
    

    除此之外,我们也可以用许多其他的操作,比如考虑下边并没有什么意义的代码:

     std::string nonsense(char input) {
       switch(input) {
       case "some"[(sizeof(void*) == 4) ? 0 : 1]:
         return "Aachen";
       default:
         return "Wuhan";
       }
     }
    

    上边的代码并没有什么实际的意义,但是我还是想解释一下。在上一篇文章我们解释过了,switch语句的每一个case label必须是编译期常量,表达式sizeof(void*) == 4的意思是当前系统是不是一个32位系统,这个表达式由于sizeof的原因是常量表达式,判断结果作为三元运算符的第一个参数,最后的case label由当前系统的位数分别是"some"的"s"(是32位系统)或"o"(不是32位系统)。返回的两个字符串分别是我的两个学校的城市。

    尽管上边的例子是无意义的,我们仍然可以看出由这种方法写出的常量表达式很难读。我们可以改进可读性,将上边例子改写成:

     std::string nonsense(char input) {
       auto const index = (sizeof(void*) == 4) ? 0 : 1;
       auto const someLabel = "some"[index];
       switch(input) {
       case someLabel:
         return "Aachen";
       default:
         return "Wuhan";
       }
     }
    

    使用模板进行编译期运算

    在上篇文章我们提到,实例化模板的参数必须为编译期常数——换句话说编译器会在编译期计算作为实例化模板参数的常量表达式。回忆一下我们可以利用静态成员常量作为编译期常量,我们就可以利用以上特性去把函数模板当成函数来计算,其实这就是模板元编程(template meta programming)方法的雏形。

     template <unsigned N> 
     struct Fibonacci;
     
     template <>
     struct Fibonacci<0> {
       static unsigned const value = 0;   
     };
     
     template <>
     struct Fibonacci<1> {
       static unsigned const value = 1;   
     };
     
     template <unsigned N> 
     struct Fibonacci {
       static unsigned const value = Fibonacci<N-1>::value + Fibonacci<N-2>::value;
     };
    

    最后一个模板比较有意思,仔细看代码就会发现,它递归式地去实例化参数为N的的模板,递归终止在模板参数为01时,就是我们的第二和第三个模板所直接返回的编译期常量。

    这种模板元函数看起来啰啰嗦嗦的,但是在C++11出现前,它是唯一可以在编译期进行复杂编译期运算的方法。虽然它已经被证实为图灵完备的,但是往往编译器在递归的时候还是会设置一个模板最大初始化深度来避免无穷编译期递归。

    结论

    正如上所示,即使在C++11前,编译器运算已经可以大有作为了。别忘了所有我们所做的编译期运算的工作都是在为运行期减少负担。

    在C++11和C++14中,一方面,可变参数模板的出现让更为复杂的模板元编程成为了可能;另一方面,constexpr的出现也完全改变了我们使用编译期常量的思路。在下一篇文章中,我们会着重介绍constexpr这个实战利器。


    这篇文章收录在我的专栏中哦:

    C++干货系列zhuanlan.zhihu.com
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  • 五大内存区域:堆、栈、方法区、本地方法栈、程序计数器 ... 常量池在方法区里面。 4.本地方法栈:和方法区不同!:native方法 即通过JNI (jna.jar包) 调用dll的方法,线程私有, 是一个后入先出栈,本地方法栈会抛出

    五大内存区域:堆、栈、方法区、本地方法栈、程序计数器

    1.堆:用来存放类对象 成员变量的地方,线程共享。
    简单来说 例如:new People() 这个对象 就放在堆里面。

    2.栈:与堆相对应的,存放局部变量,基本类型变量区,对象引用 ,执行环境上下文;线程不共享。

    3.方法区:又叫静态存储区,存放class文件和静态数据,线程共享; 常量池在方法区里面。

    4.本地方法栈:和方法区不同!:native方法 即通过JNI (jna.jar包) 调用dll的方法,线程私有,
    是一个后入先出栈,本地方法栈会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。

    5.程序计数器(寄存器):虚拟机字节码指令的地址, 所以有的地方会解释为和CPU交互的地方。

    堆=新生代New+老年代Tenured,不包括永久代(Perm)(永久代里面就是方法区的东西,可以理解为方法区的一种实现)
    Minor GC是发生在新生代中的垃圾收集,采用的复制算法;
    老年代中使用Full GC,采用的标记-清除算法;

    其中New和Tenured属于堆内存,堆内存会从JVM启动参数(-Xmx:1024)指定的内存中分配,Perm不属于堆内存,有虚拟机直接分配,但可以通过-XX:PermSize -XX:MaxPermSize 等参数调整其大小。

    个人理解:Xms,Xmx调堆内存大小;Xss调栈大小,而-XX:PermSize -XX:MaxPermSize调方法区大小

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  • JDK1.7 及之后版本的 JVM 已经将运行时常量池从方法区中移了出来,在 Java 堆(Heap)中开辟了一块区域存放运行时常量池。JDK1.8开始,取消了Java方法区,取而代之的是位于直接内存的元空间(metaSpace)。已知:String A...

    JDK1.7 及之后版本的 JVM 已经将运行时常量池从方法区中移了出来,在 Java 堆(Heap)中开辟了一块区域存放运行时常量池。

    JDK1.8开始,取消了Java方法区,取而代之的是位于直接内存的元空间(metaSpace)。

    已知:

    String A="abc";

    String B="abc";

    String C=new String("abc");

    String D=new String("abc");

    比较A==B是否相等?

    比较C==D是否相等?

    分析:我们知道基本数据类型(int,byte,char...)这些是可以用==比较的,因为他们没有地址,只有值。

    但String是类,所以用==比较的时候,判断的是地址是否相同,所以这里C和D是不等,他们是new出来的两个完全不同的对象,仅仅是值相等,就像是两个人仅仅是名字相同。

    那么A==B吗?

    A、B并不是通过new的方式创建的,所以他们的地址取决于后面所赋的值。Java中,普通字符串存储在常量池中,常量池目前位于堆内存中,所以,从赋值方面来看,此时的A==B是成立的,比较的是常量池里的值。

    总结:一般对于对象,比较值是否相等的时候,都是通过覆写equals方法和hash方法来比较的,string用的频繁所以这里是特例,针对性的优化。

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  • JVM系列-第6章-方法区

    2020-11-24 12:31:32
    文章目录方法区栈、堆、方法区的交互关系方法区的理解方法区在哪里?方法区的基本理解HotSpot方法区演进设置方法区大小与 OOMJDK7及以前(永久代)JDK8及以后...字符串常量池静态变量放在哪里对象实体在哪里放着?变量

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    方法区

    栈、堆、方法区的交互关系

    从线程共享与否的角度来看

    ThreadLocal:如何保证多个线程在并发环境下的安全性?典型场景就是数据库连接管理,以及会话管理。

    栈、堆、方法区的交互关系

    下面涉及了对象的访问定位

    1. Person 类的 .class 信息存放在方法区中
    2. person 变量存放在 Java 栈的局部变量表中
    3. 真正的 person 对象存放在 Java 堆中
    4. 在 person 对象中,有个指针指向方法区中的 person 类型数据,表明这个 person 对象是用方法区中的 Person 类 new 出来的

    方法区的理解

    官方文档:https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-2.html#jvms-2.5.4

    方法区在哪里?

    1. 《Java虚拟机规范》中明确说明:尽管所有的方法区在逻辑上是属于堆的一部分,但一些简单的实现可能不会选择去进行垃圾收集或者进行压缩。但对于HotSpotJVM而言,方法区还有一个别名叫做Non-Heap(非堆),目的就是要和堆分开。
    2. 所以,方法区可以看作是一块独立于Java堆的内存空间

    方法区的基本理解

    方法区主要存放的是 Class,而堆中主要存放的是实例化的对象

    1. 方法区(Method Area)与Java堆一样,是各个线程共享的内存区域。多个线程同时加载统一个类时,只能有一个线程能加载该类,其他线程只能等等待该线程加载完毕,然后直接使用该类,即类只能加载一次。
    2. 方法区在JVM启动的时候被创建,并且它的实际的物理内存空间中和Java堆区一样都可以是不连续的。
    3. 方法区的大小,跟堆空间一样,可以选择固定大小或者可扩展。
    4. 方法区的大小决定了系统可以保存多少个类,如果系统定义了太多的类,导致方法区溢出,虚拟机同样会抛出内存溢出错误:java.lang.OutofMemoryError:PermGen space或者java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace
      • 加载大量的第三方的jar包
      • Tomcat部署的工程过多(30~50个)
      • 大量动态的生成反射类
    5. 关闭JVM就会释放这个区域的内存。

    代码举例

    public class MethodAreaDemo {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println("start...");
            try {
                Thread.sleep(1000000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    
            System.out.println("end...");
        }
    }
    

    简单的程序,加载了1600多个类

    HotSpot方法区演进

    1. 在 JDK7 及以前,习惯上把方法区,称为永久代。JDK8开始,使用元空间取代了永久代。我们可以将方法区类比为Java中的接口,将永久代或元空间类比为Java中具体的实现类
    2. 本质上,方法区和永久代并不等价。仅是对Hotspot而言的可以看作等价。《Java虚拟机规范》对如何实现方法区,不做统一要求。例如:BEAJRockit / IBM J9 中不存在永久代的概念。
      • 现在来看,当年使用永久代,不是好的idea。导致Java程序更容易OOm(超过-XX:MaxPermsize上限)
    3. 而到了JDK8,终于完全废弃了永久代的概念,改用与JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间(Metaspace)来代替
    4. 元空间的本质和永久代类似,都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代最大的区别在于:元空间不在虚拟机设置的内存中,而是使用本地内存
    5. 永久代、元空间二者并不只是名字变了,内部结构也调整了
    6. 根据《Java虚拟机规范》的规定,如果方法区无法满足新的内存分配需求时,将抛出OOM异常

    设置方法区大小与 OOM

    方法区的大小不必是固定的,JVM可以根据应用的需要动态调整。

    JDK7及以前(永久代)

    1. 通过-XX:Permsize来设置永久代初始分配空间。默认值是20.75M
    2. -XX:MaxPermsize来设定永久代最大可分配空间。32位机器默认是64M,64位机器模式是82M
    3. 当JVM加载的类信息容量超过了这个值,会报异常OutofMemoryError:PermGen space。

    JDK8及以后(元空间)

    JDK8 版本设置元空间大小

    1. 元数据区大小可以使用参数 -XX:MetaspaceSize-XX:MaxMetaspaceSize 指定

    2. 默认值依赖于平台,Windows下,-XX:MetaspaceSize 约为21M,-XX:MaxMetaspaceSize的值是-1,即没有限制。

    3. 与永久代不同,如果不指定大小,默认情况下,虚拟机会耗尽所有的可用系统内存。如果元数据区发生溢出,虚拟机一样会抛出异常OutOfMemoryError:Metaspace

    4. -XX:MetaspaceSize:设置初始的元空间大小。对于一个 64位 的服务器端 JVM 来说,其默认的 -XX:MetaspaceSize值为21MB。这就是初始的高水位线,一旦触及这个水位线,Full GC将会被触发并卸载没用的类(即这些类对应的类加载器不再存活),然后这个高水位线将会重置。新的高水位线的值取决于GC后释放了多少元空间。如果释放的空间不足,那么在不超过MaxMetaspaceSize时,适当提高该值。如果释放空间过多,则适当降低该值。

    5. 如果初始化的高水位线设置过低,上述高水位线调整情况会发生很多次。通过垃圾回收器的日志可以观察到Full GC多次调用。为了避免频繁地GC,建议将-XX:MetaspaceSize设置为一个相对较高的值。

    方法区OOM

    举例:

    代码:OOMTest 类继承 ClassLoader 类,获得 defineClass() 方法,可自己进行类的加载

    /**
     * jdk6/7中:
     * -XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m
     *
     * jdk8中:
     * -XX:MetaspaceSize=10m -XX:MaxMetaspaceSize=10m
     *
     */
    public class OOMTest extends ClassLoader {
        public static void main(String[] args) {
            int j = 0;
            try {
                OOMTest test = new OOMTest();
                for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                    //创建ClassWriter对象,用于生成类的二进制字节码
                    ClassWriter classWriter = new ClassWriter(0);
                    //指明版本号,修饰符,类名,包名,父类,接口
                    classWriter.visit(Opcodes.V1_8, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null, "java/lang/Object", null);
                    //返回byte[]
                    byte[] code = classWriter.toByteArray();
                    //类的加载
                    test.defineClass("Class" + i, code, 0, code.length);//Class对象
                    j++;
                }
            } finally {
                System.out.println(j);
            }
        }
    }
    
    

    不设置元空间的上限

    使用默认的 JVM 参数,元空间不设置上限

    输出结果:

    10000
    

    设置元空间的上限

    JVM 参数

    -XX:MetaspaceSize=10m -XX:MaxMetaspaceSize=10m

    输出结果:

    8531
    Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
    	at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
    	at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:763)
    	at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:642)
    	at com.atguigu.java.OOMTest.main(OOMTest.java:29)
    

    如何解决OOM

    这个属于调优的问题,这里先简单的说一下

    1. 要解决OOM异常或heap space的异常,一般的手段是首先通过内存映像分析工具(如Ec1ipse Memory Analyzer)对dump出来的堆转储快照进行分析,重点是确认内存中的对象是否是必要的,也就是要先分清楚到底是出现了内存泄漏(Memory Leak)还是内存溢出(Memory Overflow)
    2. 内存泄漏就是有大量的引用指向某些对象,但是这些对象以后不会使用了,但是因为它们还和GC ROOT有关联,所以导致以后这些对象也不会被回收,这就是内存泄漏的问题
    3. 如果是内存泄漏,可进一步通过工具查看泄漏对象到GC Roots的引用链。于是就能找到泄漏对象是通过怎样的路径与GC Roots相关联并导致垃圾收集器无法自动回收它们的。掌握了泄漏对象的类型信息,以及GC Roots引用链的信息,就可以比较准确地定位出泄漏代码的位置。
    4. 如果不存在内存泄漏,换句话说就是内存中的对象确实都还必须存活着,那就应当检查虚拟机的堆参数(-Xmx与-Xms),与机器物理内存对比看是否还可以调大,从代码上检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长的情况,尝试减少程序运行期的内存消耗。

    方法区的内部结构

    方法区存储什么?

    概念

    《深入理解Java虚拟机》书中对方法区(Method Area)存储内容描述如下:它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等。

    类型信息

    对每个加载的类型(类class、接口interface、枚举enum、注解annotation),JVM必须在方法区中存储以下类型信息:

    1. 这个类型的完整有效名称(全名=包名.类名)
    2. 这个类型直接父类的完整有效名(对于interface或是java.lang.Object,都没有父类)
    3. 这个类型的修饰符(public,abstract,final的某个子集)
    4. 这个类型直接接口的一个有序列表

    域(Field)信息

    也就是我们常说的成员变量,域信息是比较官方的称呼

    1. JVM必须在方法区中保存类型的所有域的相关信息以及域的声明顺序。

    2. 域的相关信息包括:域名称,域类型,域修饰符(public,private,protected,static,final,volatile,transient的某个子集)

    方法(Method)信息

    JVM必须保存所有方法的以下信息,同域信息一样包括声明顺序:

    1. 方法名称
    2. 方法的返回类型(包括 void 返回类型),void 在 Java 中对应的为 void.class
    3. 方法参数的数量和类型(按顺序)
    4. 方法的修饰符(public,private,protected,static,final,synchronized,native,abstract的一个子集)
    5. 方法的字节码(bytecodes)、操作数栈、局部变量表及大小(abstract和native方法除外)
    6. 异常表(abstract和native方法除外),异常表记录每个异常处理的开始位置、结束位置、代码处理在程序计数器中的偏移地址、被捕获的异常类的常量池索引

    举例

    **
     * 测试方法区的内部构成
     */
    public class MethodInnerStrucTest extends Object implements Comparable<String>,Serializable {
        //属性
        public int num = 10;
        private static String str = "测试方法的内部结构";
        //构造器
        //方法
        public void test1(){
            int count = 20;
            System.out.println("count = " + count);
        }
        public static int test2(int cal){
            int result = 0;
            try {
                int value = 30;
                result = value / cal;
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return result;
        }
    
        @Override
        public int compareTo(String o) {
            return 0;
        }
    }
    
    

    javap -v -p MethodInnerStrucTest.class > test.txt

    • 反编译字节码文件,并输出值文本文件中,便于查看。参数 -p 确保能查看 private 权限类型的字段或方法

    字节码:

    Classfile /F:/IDEAWorkSpaceSourceCode/JVMDemo/out/production/chapter09/com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest.class
      Last modified 2020-11-13; size 1626 bytes
      MD5 checksum 0d0fcb54854d4ce183063df985141ad0
      Compiled from "MethodInnerStrucTest.java"
    //类型信息      
    public class com.atguigu.java.MethodInnerStrucTest extends java.lang.Object implements java.lang.Comparable<java.lang.String>, java.io.Serializable
      minor version: 0
      major version: 52
      flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
    Constant pool:
       #1 = Methodref          #18.#52        // java/lang/Object."<init>":()V
       #2 = Fieldref           #17.#53        // com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest.num:I
       #3 = Fieldref           #54.#55        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       #4 = Class              #56            // java/lang/StringBuilder
       #5 = Methodref          #4.#52         // java/lang/StringBuilder."<init>":()V
       #6 = String             #57            // count =
       #7 = Methodref          #4.#58         // java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
       #8 = Methodref          #4.#59         // java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
       #9 = Methodref          #4.#60         // java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
      #10 = Methodref          #61.#62        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
      #11 = Class              #63            // java/lang/Exception
      #12 = Methodref          #11.#64        // java/lang/Exception.printStackTrace:()V
      #13 = Class              #65            // java/lang/String
      #14 = Methodref          #17.#66        // com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest.compareTo:(Ljava/lang/String;)I
      #15 = String             #67            // 测试方法的内部结构
      #16 = Fieldref           #17.#68        // com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest.str:Ljava/lang/String;
      #17 = Class              #69            // com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest
      #18 = Class              #70            // java/lang/Object
      #19 = Class              #71            // java/lang/Comparable
      #20 = Class              #72            // java/io/Serializable
      #21 = Utf8               num
      #22 = Utf8               I
      #23 = Utf8               str
      #24 = Utf8               Ljava/lang/String;
      #25 = Utf8               <init>
      #26 = Utf8               ()V
      #27 = Utf8               Code
      #28 = Utf8               LineNumberTable
      #29 = Utf8               LocalVariableTable
      #30 = Utf8               this
      #31 = Utf8               Lcom/atguigu/java/MethodInnerStrucTest;
      #32 = Utf8               test1
      #33 = Utf8               count
      #34 = Utf8               test2
      #35 = Utf8               (I)I
      #36 = Utf8               value
      #37 = Utf8               e
      #38 = Utf8               Ljava/lang/Exception;
      #39 = Utf8               cal
      #40 = Utf8               result
      #41 = Utf8               StackMapTable
      #42 = Class              #63            // java/lang/Exception
      #43 = Utf8               compareTo
      #44 = Utf8               (Ljava/lang/String;)I
      #45 = Utf8               o
      #46 = Utf8               (Ljava/lang/Object;)I
      #47 = Utf8               <clinit>
      #48 = Utf8               Signature
      #49 = Utf8               Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Comparable<Ljava/lang/String;>;Ljava/io/Serializable;
      #50 = Utf8               SourceFile
      #51 = Utf8               MethodInnerStrucTest.java
      #52 = NameAndType        #25:#26        // "<init>":()V
      #53 = NameAndType        #21:#22        // num:I
      #54 = Class              #73            // java/lang/System
      #55 = NameAndType        #74:#75        // out:Ljava/io/PrintStream;
      #56 = Utf8               java/lang/StringBuilder
      #57 = Utf8               count =
      #58 = NameAndType        #76:#77        // append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      #59 = NameAndType        #76:#78        // append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
      #60 = NameAndType        #79:#80        // toString:()Ljava/lang/String;
      #61 = Class              #81            // java/io/PrintStream
      #62 = NameAndType        #82:#83        // println:(Ljava/lang/String;)V
      #63 = Utf8               java/lang/Exception
      #64 = NameAndType        #84:#26        // printStackTrace:()V
      #65 = Utf8               java/lang/String
      #66 = NameAndType        #43:#44        // compareTo:(Ljava/lang/String;)I
      #67 = Utf8               测试方法的内部结构
      #68 = NameAndType        #23:#24        // str:Ljava/lang/String;
      #69 = Utf8               com/atguigu/java/MethodInnerStrucTest
      #70 = Utf8               java/lang/Object
      #71 = Utf8               java/lang/Comparable
      #72 = Utf8               java/io/Serializable
      #73 = Utf8               java/lang/System
      #74 = Utf8               out
      #75 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
      #76 = Utf8               append
      #77 = Utf8               (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      #78 = Utf8               (I)Ljava/lang/StringBuilder;
      #79 = Utf8               toString
      #80 = Utf8               ()Ljava/lang/String;
      #81 = Utf8               java/io/PrintStream
      #82 = Utf8               println
      #83 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V
      #84 = Utf8               printStackTrace
    {
    //域信息
      public int num;
        descriptor: I
        flags: ACC_PUBLIC
    
      private static java.lang.String str;
        descriptor: Ljava/lang/String;
        flags: ACC_PRIVATE, ACC_STATIC
    
      //方法信息
      public com.atguigu.java.MethodInnerStrucTest();
        descriptor: ()V
        flags: ACC_PUBLIC
        Code:
          stack=2, locals=1, args_size=1
             0: aload_0
             1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
             4: aload_0
             5: bipush        10
             7: putfield      #2                  // Field num:I
            10: return
          LineNumberTable:
            line 10: 0
            line 12: 4
          LocalVariableTable:
            Start  Length  Slot  Name   Signature
                0      11     0  this   Lcom/atguigu/java/MethodInnerStrucTest;
    
      public void test1();
        descriptor: ()V
        flags: ACC_PUBLIC
        Code:
          stack=3, locals=2, args_size=1
             0: bipush        20
             2: istore_1
             3: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
             6: new           #4                  // class java/lang/StringBuilder
             9: dup
            10: invokespecial #5                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
            13: ldc           #6                  // String count =
            15: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
            18: iload_1
            19: invokevirtual #8                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
            22: invokevirtual #9                  // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
            25: invokevirtual #10                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
            28: return
          LineNumberTable:
            line 17: 0
            line 18: 3
            line 19: 28
          LocalVariableTable:
            Start  Length  Slot  Name   Signature
                0      29     0  this   Lcom/atguigu/java/MethodInnerStrucTest;
                3      26     1 count   I
    
      public static int test2(int);
        descriptor: (I)I
        flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
        Code:
          stack=2, locals=3, args_size=1
             0: iconst_0
             1: istore_1
             2: bipush        30
             4: istore_2
             5: iload_2
             6: iload_0
             7: idiv
             8: istore_1
             9: goto          17
            12: astore_2
            13: aload_2
            14: invokevirtual #12                 // Method java/lang/Exception.printStackTrace:()V
            17: iload_1
            18: ireturn
          Exception table:
             from    to  target type
                 2     9    12   Class java/lang/Exception
          LineNumberTable:
            line 21: 0
            line 23: 2
            line 24: 5
            line 27: 9
            line 25: 12
            line 26: 13
            line 28: 17
          LocalVariableTable:
            Start  Length  Slot  Name   Signature
                5       4     2 value   I
               13       4     2     e   Ljava/lang/Exception;
                0      19     0   cal   I
                2      17     1 result   I
          StackMapTable: number_of_entries = 2
            frame_type = 255 /* full_frame */
              offset_delta = 12
              locals = [ int, int ]
              stack = [ class java/lang/Exception ]
            frame_type = 4 /* same */
    
      public int compareTo(java.lang.String);
        descriptor: (Ljava/lang/String;)I
        flags: ACC_PUBLIC
        Code:
          stack=1, locals=2, args_size=2
             0: iconst_0
             1: ireturn
          LineNumberTable:
            line 33: 0
          LocalVariableTable:
            Start  Length  Slot  Name   Signature
                0       2     0  this   Lcom/atguigu/java/MethodInnerStrucTest;
                0       2     1     o   Ljava/lang/String;
    
      public int compareTo(java.lang.Object);
        descriptor: (Ljava/lang/Object;)I
        flags: ACC_PUBLIC, ACC_BRIDGE, ACC_SYNTHETIC
        Code:
          stack=2, locals=2, args_size=2
             0: aload_0
             1: aload_1
             2: checkcast     #13                 // class java/lang/String
             5: invokevirtual #14                 // Method compareTo:(Ljava/lang/String;)I
             8: ireturn
          LineNumberTable:
            line 10: 0
          LocalVariableTable:
            Start  Length  Slot  Name   Signature
                0       9     0  this   Lcom/atguigu/java/MethodInnerStrucTest;
    
      static {};
        descriptor: ()V
        flags: ACC_STATIC
        Code:
          stack=1, locals=0, args_size=0
             0: ldc           #15                 // String 测试方法的内部结构
             2: putstatic     #16                 // Field str:Ljava/lang/String;
             5: return
          LineNumberTable:
            line 13: 0
    }
    Signature: #49                          // Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Comparable<Ljava/lang/String;>;Ljava/io/Serializable;
    SourceFile: "MethodInnerStrucTest.java"
    
    

    类型信息

    在运行时方法区中,类信息中记录了哪个加载器加载了该类,同时类加载器也记录了它加载了哪些类

    //类型信息      
    public class com.atguigu.java.MethodInnerStrucTest extends java.lang.Object implements java.lang.Comparable<java.lang.String>, java.io.Serializable
    

    域信息

    1. descriptor: I 表示字段类型为 Integer
    2. flags: ACC_PUBLIC 表示字段权限修饰符为 public
    //域信息
      public int num;
        descriptor: I
        flags: ACC_PUBLIC
    
      private static java.lang.String str;
        descriptor: Ljava/lang/String;
        flags: ACC_PRIVATE, ACC_STATIC
    

    方法信息

    1. descriptor: ()V 表示方法返回值类型为 void
    2. flags: ACC_PUBLIC 表示方法权限修饰符为 public
    3. stack=3 表示操作数栈深度为 3
    4. locals=2 表示局部变量个数为 2 个(实力方法包含 this)
    5. test1() 方法虽然没有参数,但是其 args_size=1 ,这时因为将 this 作为了参数
    public void test1();
        descriptor: ()V
        flags: ACC_PUBLIC
        Code:
          stack=3, locals=2, args_size=1
             0: bipush        20
             2: istore_1
             3: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
             6: new           #4                  // class java/lang/StringBuilder
             9: dup
            10: invokespecial #5                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
            13: ldc           #6                  // String count =
            15: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
            18: iload_1
            19: invokevirtual #8                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
            22: invokevirtual #9                  // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
            25: invokevirtual #10                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
            28: return
          LineNumberTable:
            line 17: 0
            line 18: 3
            line 19: 28
          LocalVariableTable:
            Start  Length  Slot  Name   Signature
                0      29     0  this   Lcom/atguigu/java/MethodInnerStrucTest;
                3      26     1 count   I
    
    

    non-final 类型的类变量

    1. 静态变量和类关联在一起,随着类的加载而加载,他们成为类数据在逻辑上的一部分

    2. 类变量被类的所有实例共享,即使没有类实例时,你也可以访问它

    举例

    1. 如下代码所示,即使我们把order设置为null,也不会出现空指针异常
    2. 这更加表明了 static 类型的字段和方法随着类的加载而加载,并不属于特定的类实例
    public class MethodAreaTest {
        public static void main(String[] args) {
            Order order = null;
            order.hello();
            System.out.println(order.count);
        }
    }
    
    class Order {
        public static int count = 1;
        public static final int number = 2;
    
    
        public static void hello() {
            System.out.println("hello!");
        }
    }
    

    输出结果:

    hello!
    1
    

    全局常量:static final

    1. 全局常量就是使用 static final 进行修饰

    2. 被声明为final的类变量的处理方法则不同,每个全局常量在编译的时候就会被分配了。

    查看上面代码,这部分的字节码指令

    class Order {
        public static int count = 1;
        public static final int number = 2;
        ...
    }    
    
    public static int count;
        descriptor: I
        flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    
      public static final int number;
        descriptor: I
        flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_FINAL
        ConstantValue: int 2
    

    可以发现 staitc和final同时修饰的number 的值在编译上的时候已经写死在字节码文件中了。

    运行时常量池

    运行时常量池 VS 常量池

    官方文档:https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html

    后面会细讲常量池,这里为了讲清楚方法区,简单带一下。

    1. 方法区,内部包含了运行时常量池
    2. 字节码文件,内部包含了常量池。(之前的字节码文件中已经看到了很多Constant pool的东西,这个就是常量池)
    3. 要弄清楚方法区,需要理解清楚ClassFile,因为加载类的信息都在方法区。
    4. 要弄清楚方法区的运行时常量池,需要理解清楚ClassFile中的常量池。

    常量池

    1. 一个有效的字节码文件中除了包含类的版本信息、字段、方法以及接口等描述符信息外。还包含一项信息就是常量池表Constant Pool Table),包括各种字面量和对类型、域和方法的符号引用。
    2. 字面量: 10 , “我是某某”这种数字和字符串都是字面量

    为什么需要常量池?

    1. 一个java源文件中的类、接口,编译后产生一个字节码文件。而Java中的字节码需要数据支持,通常这种数据会很大以至于不能直接存到字节码里,换另一种方式,可以存到常量池。这个字节码包含了指向常量池的引用。在动态链接的时候会用到运行时常量池,之前有介绍

    比如:如下的代码:

    public class SimpleClass {
        public void sayHello() {
            System.out.println("hello");
        }
    }
    
    1. 虽然上述代码只有194字节,但是里面却使用了String、System、PrintStream及Object等结构。
    2. 比如说我们这个文件中有6个地方用到了"hello"这个字符串,如果不用常量池,就需要在6个地方全写一遍,造成臃肿。我们可以将"hello"等所需用到的结构信息记录在常量池中,并通过引用的方式,来加载、调用所需的结构
    3. 这里的代码量其实很少了,如果代码多的话,引用的结构将会更多,这里就需要用到常量池了。

    常量池中有啥?

    1. 数量值
    2. 字符串值
    3. 类引用
    4. 字段引用
    5. 方法引用

    MethodInnerStrucTest 的 test1方法的字节码

     0 bipush 20
     2 istore_1
     3 getstatic #3 <java/lang/System.out>
     6 new #4 <java/lang/StringBuilder>
     9 dup
    10 invokespecial #5 <java/lang/StringBuilder.<init>>
    13 ldc #6 <count = >
    15 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append>
    18 iload_1
    19 invokevirtual #8 <java/lang/StringBuilder.append>
    22 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.toString>
    25 invokevirtual #10 <java/io/PrintStream.println>
    28 return
    

    1、#3,#5等等这些带# 的,都是引用了常量池。

    常量池总结

    常量池、可以看做是一张表,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、字面量等类型。

    运行时常量池

    1. 运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分。
    2. 常量池表(Constant Pool Table)是Class字节码文件的一部分,用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用,这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。(运行时常量池就是常量池在程序运行时的称呼)
    3. 运行时常量池,在加载类和接口到虚拟机后,就会创建对应的运行时常量池。
    4. JVM为每个已加载的类型(类或接口)都维护一个常量池。池中的数据项像数组项一样,是通过索引访问的。
    5. 运行时常量池中包含多种不同的常量,包括编译期就已经明确的数值字面量,也包括到运行期解析后才能够获得的方法或者字段引用。此时不再是常量池中的符号地址了,这里换为真实地址
    • 运行时常量池,相对于Class文件常量池的另一重要特征是:具备动态性。
    1. 运行时常量池类似于传统编程语言中的符号表(symbol table),但是它所包含的数据却比符号表要更加丰富一些。
    2. 当创建类或接口的运行时常量池时,如果构造运行时常量池所需的内存空间超过了方法区所能提供的最大值,则JVM会抛OutofMemoryError异常。

    方法区的使用举例

    public class MethodAreaDemo {
        public static void main(String[] args) {
            int x = 500;
            int y = 100;
            int a = x / y;
            int b = 50;
            System.out.println(a + b);
        }
    }
    

    字节码

    public class com.atguigu.java1.MethodAreaDemo
      minor version: 0
      major version: 51
      flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
    Constant pool:
       #1 = Methodref          #5.#24         // java/lang/Object."<init>":()V
       #2 = Fieldref           #25.#26        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       #3 = Methodref          #27.#28        // java/io/PrintStream.println:(I)V
       #4 = Class              #29            // com/atguigu/java1/MethodAreaDemo
       #5 = Class              #30            // java/lang/Object
       #6 = Utf8               <init>
       #7 = Utf8               ()V
       #8 = Utf8               Code
       #9 = Utf8               LineNumberTable
      #10 = Utf8               LocalVariableTable
      #11 = Utf8               this
      #12 = Utf8               Lcom/atguigu/java1/MethodAreaDemo;
      #13 = Utf8               main
      #14 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
      #15 = Utf8               args
      #16 = Utf8               [Ljava/lang/String;
      #17 = Utf8               x
      #18 = Utf8               I
      #19 = Utf8               y
      #20 = Utf8               a
      #21 = Utf8               b
      #22 = Utf8               SourceFile
      #23 = Utf8               MethodAreaDemo.java
      #24 = NameAndType        #6:#7          // "<init>":()V
      #25 = Class              #31            // java/lang/System
      #26 = NameAndType        #32:#33        // out:Ljava/io/PrintStream;
      #27 = Class              #34            // java/io/PrintStream
      #28 = NameAndType        #35:#36        // println:(I)V
      #29 = Utf8               com/atguigu/java1/MethodAreaDemo
      #30 = Utf8               java/lang/Object
      #31 = Utf8               java/lang/System
      #32 = Utf8               out
      #33 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
      #34 = Utf8               java/io/PrintStream
      #35 = Utf8               println
      #36 = Utf8               (I)V
    {
      public com.atguigu.java1.MethodAreaDemo();
        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 7: 0
          LocalVariableTable:
            Start  Length  Slot  Name   Signature
                0       5     0  this   Lcom/atguigu/java1/MethodAreaDemo;
    
      public static void main(java.lang.String[]);
        descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
        flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
        Code:
          stack=3, locals=5, args_size=1
             0: sipush        500
             3: istore_1
             4: bipush        100
             6: istore_2
             7: iload_1
             8: iload_2
             9: idiv
            10: istore_3
            11: bipush        50
            13: istore        4
            15: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
            18: iload_3
            19: iload         4
            21: iadd
            22: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
            25: return
          LineNumberTable:
            line 9: 0
            line 10: 4
            line 11: 7
            line 12: 11
            line 13: 15
            line 14: 25
          LocalVariableTable:
            Start  Length  Slot  Name   Signature
                0      26     0  args   [Ljava/lang/String;
                4      22     1     x   I
                7      19     2     y   I
               11      15     3     a   I
               15      11     4     b   I
    }
    SourceFile: "MethodAreaDemo.java"
    
    

    图解字节码指令执行流程

    1、初始状态

    2、首先将操作数500压入操作数栈中

    3、然后操作数 500 从操作数栈中取出,存储到局部变量表中索引为 1 的位置

    4、

    5、

    6、

    7、

    8、

    9、

    10、

    11、图片写错了是#25和#26(获得System类)

    12、

    13、

    15、执行加法运算后,将计算结果放在操作数栈顶

    16、就是真正的打印

    17、

    符号引用 --> 直接饮用

    1. 上面代码调用 System.out.println() 方法时,首先需要看看 System 类有没有加载,再看看 PrintStream 类有没有加载
    2. 如果没有加载,则执行加载,执行时,将常量池中的符号引用(字面量)转换为运行时常量池的直接引用(真正的地址值)

    方法区演进细节

    永久代演进过程

    1. 首先明确:只有Hotspot才有永久代。BEA JRockit、IBMJ9等来说,是不存在永久代的概念的。原则上如何实现方法区属于虚拟机实现细节,不受《Java虚拟机规范》管束,并不要求统一

    2. Hotspot中方法区的变化:

    JDK1.6及以前 有永久代(permanent generation),静态变量存储在永久代上
    JDK1.7 有永久代,但已经逐步 “去永久代”,字符串常量池,静态变量移除,保存在堆中
    JDK1.8 无永久代,类型信息,字段,方法,常量保存在本地内存的元空间,但字符串常量池、静态变量仍然在堆中。

    JDK6

    方法区由永久代实现,使用 JVM 虚拟机内存(虚拟的内存)

    JDK7

    方法区由永久代实现,使用 JVM 虚拟机内存

    JDK8

    方法区由元空间实现,使用物理机本地内存

    永久代为什么要被元空间替代?

    官方文档:http://openjdk.java.net/jeps/122

    1. 随着Java8的到来,HotSpot VM中再也见不到永久代了。但是这并不意味着类的元数据信息也消失了。这些数据被移到了一个与堆不相连的本地内存区域,这个区域叫做元空间(Metaspace)。
    2. 由于类的元数据分配在本地内存中,元空间的最大可分配空间就是系统可用内存空间。
    3. 这项改动是很有必要的,原因有:
      1. 为永久代设置空间大小是很难确定的。在某些场景下,如果动态加载类过多,容易产生Perm区的OOM。比如某个实际Web工程中,因为功能点比较多,在运行过程中,要不断动态加载很多类,经常出现致命错误。Exception in thread 'dubbo client x.x connector' java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space而元空间和永久代之间最大的区别在于:元空间并不在虚拟机中,而是使用本地内存。 因此,默认情况下,元空间的大小仅受本地内存限制。
      2. 对永久代进行调优是很困难的。方法区的垃圾收集主要回收两部分内容:常量池中废弃的常量和不再用的类型,方法区的调优主要是为了降低Full GC
        1. 有些人认为方法区(如HotSpot虚拟机中的元空间或者永久代)是没有垃圾收集行为的,其实不然。《Java虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的,提到过可以不要求虚拟机在方法区中实现垃圾收集。事实上也确实有未实现或未能完整实现方法区类型卸载的收集器存在(如JDK11时期的ZGC收集器就不支持类卸载)。
        2. 一般来说这个区域的回收效果比较难令人满意,尤其是类型的卸载,条件相当苛刻**。但是这部分区域的回收有时又确实是必要的。以前Sun公司的Bug列表中,曾出现过的若干个严重的Bug就是由于低版本的HotSpot虚拟机对此区域未完全回收而导致内存泄漏。

    字符串常量池

    字符串常量池 StringTable 为什么要调整位置?

    • JDK7中将StringTable放到了堆空间中。因为永久代的回收效率很低,在Full GC的时候才会执行永久代的垃圾回收,而Full GC是老年代的空间不足、永久代不足时才会触发。

    • 这就导致StringTable回收效率不高,而我们开发中会有大量的字符串被创建,回收效率低,导致永久代内存不足。放到堆里,能及时回收内存。

    静态变量放在哪里

    对象实体在哪里放着?

    /**
     * 结论:
     * 1、静态引用对应的对象实体(也就是这个new byte[1024 * 1024 * 100])始终都存在堆空间,
     * 2、只是那个变量(相当于下面的arr变量名)在JDK6,JDK7,JDK8存放位置中有所变化
     *
     * jdk7:
     * -Xms200m -Xmx200m -XX:PermSize=300m -XX:MaxPermSize=300m -XX:+PrintGCDetails
     * jdk 8:
     * -Xms200m -Xmx200m -XX:MetaspaceSize=300m -XX:MaxMetaspaceSize=300m -XX:+PrintGCDetails
     */
    public class StaticFieldTest {
        private static byte[] arr = new byte[1024 * 1024 * 100];//100MB
    
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println(StaticFieldTest.arr);
        }
    }
    

    JDK6环境下

    image-20201113224231761

    JDK7环境下

    JDK8环境

    变量(名)存放在哪里?

    这个问题需要用JHSDB工具来进行分析,这个工具是JDK9开始自带的(JDK9以前没有),在bin目录下可以找到

    package com.atguigu.java1;
    
    /**
     * 《深入理解Java虚拟机》中的案例:
     * staticObj、instanceObj、localObj存放在哪里?
     */
    public class StaticObjTest {
        static class Test {
            static ObjectHolder staticObj = new ObjectHolder();
            ObjectHolder instanceObj = new ObjectHolder();
    
            void foo() {
                ObjectHolder localObj = new ObjectHolder();
                System.out.println("done");
            }
        }
    
        private static class ObjectHolder {
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            Test test = new StaticObjTest.Test();
            test.foo();
        }
    }
    
    

    JDK6环境下

    1、staticObj随着Test的类型信息存放在方法区

    2、instanceObj随着Test的对象实例存放在Java堆

    3、localObject则是存放在foo()方法栈帧的局部变量表中。

    4、测试发现:三个对象的数据在内存中的地址都落在Eden区范围内,所以结论:只要是对象实例必然会在Java堆中分配

    1、0x00007f32c7800000(Eden区的起始地址) ---- 0x00007f32c7b50000(Eden区的终止地址)

    2、可以发现三个变量都在这个范围内

    3、所以可以得到上面结论

    5、接着,找到了一个引用该staticObj对象的地方,是在一个java.lang.Class的实例里,并且给出了这个实例的地址,通过Inspector查看该对象实例,可以清楚看到这确实是一个java.lang.Class类型的对象实例,里面有一个名为staticobj的实例字段:

    从《Java虚拟机规范》所定义的概念模型来看,所有Class相关的信息都应该存放在方法区之中,但方法区该如何实现,《Java虚拟机规范》并未做出规定,这就成了一件允许不同虚拟机自己灵活把握的事情。JDK7及其以后版本的HotSpot虚拟机选择把静态变量与类型在Java语言一端的映射Class对象存放在一起,存储于Java堆之中,从我们的实验中也明确验证了这一点

    方法区的垃圾回收

    1. 有些人认为方法区(如Hotspot虚拟机中的元空间或者永久代)是没有垃圾收集行为的,其实不然。《Java虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的,提到过可以不要求虚拟机在方法区中实现垃圾收集。事实上也确实有未实现或未能完整实现方法区类型卸载的收集器存在(如JDK11时期的ZGC收集器就不支持类卸载)。

    2. 一般来说这个区域的回收效果比较难令人满意,尤其是类型的卸载,条件相当苛刻。但是这部分区域的回收有时又确实是必要的。以前sun公司的Bug列表中,曾出现过的若干个严重的Bug就是由于低版本的HotSpot虚拟机对此区域未完全回收而导致内存泄漏。

    3. 方法区的垃圾收集主要回收两部分内容:常量池中废弃的常量和不再使用的类型

    4. 先来说说方法区内常量池之中主要存放的两大类常量:字面量和符号引用。字面量比较接近Java语言层次的常量概念,如文本字符串、被声明为final的常量值等。而符号引用则属于编译原理方面的概念,包括下面三类常量:

      • 类和接口的全限定名
      • 字段的名称和描述符
      • 方法的名称和描述符
    5. HotSpot虚拟机对常量池的回收策略是很明确的,只要常量池中的常量没有被任何地方引用,就可以被回收。

    6. 回收废弃常量与回收Java堆中的对象非常类似。(关于常量的回收比较简单,重点是类的回收)

    下面也称作类卸载

    1、判定一个常量是否“废弃”还是相对简单,而要判定一个类型是否属于“不再被使用的类”的条件就比较苛刻了。需要同时满足下面三个条件:

    • 该类所有的实例都已经被回收,也就是Java堆中不存在该类及其任何派生子类的实例。

    • 加载该类的类加载器已经被回收,这个条件除非是经过精心设计的可替换类加载器的场景,如OSGi、JSP的重加载等,否则通常是很难达成的。

    • 该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用,无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

    2、Java虚拟机被允许对满足上述三个条件的无用类进行回收,这里说的仅仅是“被允许”,而并不是和对象一样,没有引用了就必然会回收。关于是否要对类型进行回收,HotSpot虚拟机提供了-Xnoclassgc参数进行控制,还可以使用-verbose:class 以及 -XX:+TraceClass-Loading-XX:+TraceClassUnLoading查看类加载和卸载信息

    3、在大量使用反射、动态代理、CGLib等字节码框架,动态生成JSP以及OSGi这类频繁自定义类加载器的场景中,通常都需要Java虚拟机具备类型卸载的能力,以保证不会对方法区造成过大的内存压力。

    运行时数据区总结

    直接内存

    直接内存概述

    1. 不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是《Java虚拟机规范》中定义的内存区域。

    2. 直接内存是在Java堆外的、直接向系统申请的内存区间。

    3. 来源于NIO,通过存在堆中的DirectByteBuffer操作Native内存

    4. 通常,访问直接内存的速度会优于Java堆。即读写性能高。

    5. 因此出于性能考虑,读写频繁的场合可能会考虑使用直接内存。

    6. Java的NIO库允许Java程序使用直接内存,用于数据缓冲区

    /**
     *  IO                  NIO (New IO / Non-Blocking IO)
     *  byte[] / char[]     Buffer
     *  Stream              Channel
     *
     * 查看直接内存的占用与释放
     */
    public class BufferTest {
        private static final int BUFFER = 1024 * 1024 * 1024;//1GB
    
        public static void main(String[] args){
            //直接分配本地内存空间
            ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(BUFFER);
            System.out.println("直接内存分配完毕,请求指示!");
    
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            scanner.next();
    
            System.out.println("直接内存开始释放!");
            byteBuffer = null;
            System.gc();
            scanner.next();
        }
    }
    
    

    直接占用了 1G 的本地内存

    BIO 与 NIO

    非直接缓存区(BIO)

    原来采用BIO的架构,在读写本地文件时,我们需要从用户态切换成内核态

    直接缓冲区(NIO)

    NIO 直接操作物理磁盘,省去了中间过程

    直接内存与 OOM

    1. 直接内存也可能导致OutofMemoryError异常

    2. 由于直接内存在Java堆外,因此它的大小不会直接受限于-Xmx指定的最大堆大小,但是系统内存是有限的,Java堆和直接内存的总和依然受限于操作系统能给出的最大内存。

    3. 直接内存的缺点为:

      • 分配回收成本较高
      • 不受JVM内存回收管理
    4. 直接内存大小可以通过MaxDirectMemorySize设置

    5. 如果不指定,默认与堆的最大值-Xmx参数值一致

    /**
     * 本地内存的OOM:  OutOfMemoryError: Direct buffer memory
     *
     */
    public class BufferTest2 {
        private static final int BUFFER = 1024 * 1024 * 20;//20MB
    
        public static void main(String[] args) {
            ArrayList<ByteBuffer> list = new ArrayList<>();
    
            int count = 0;
            try {
                while(true){
                    ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(BUFFER);
                    list.add(byteBuffer);
                    count++;
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            } finally {
                System.out.println(count);
            }
    
    
        }
    }
    
    
    Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory
    	at java.nio.Bits.reserveMemory(Bits.java:694)
    	at java.nio.DirectByteBuffer.<init>(DirectByteBuffer.java:123)
    	at java.nio.ByteBuffer.allocateDirect(ByteBuffer.java:311)
    	at com.atguigu.java.BufferTest2.main(BufferTest2.java:21)
    

    常见面试题

    1. 百度
      • 三面:说一下JVM内存模型吧,有哪些区?分别干什么的?
    2. 蚂蚁金服:
      • Java8的内存分代改进
      • JVM内存分哪几个区,每个区的作用是什么?
      • 一面:JVM内存分布/内存结构?栈和堆的区别?堆的结构?为什么两个survivor区?
      • 二面:Eden和survior的比例分配
    3. 小米:
      • jvm内存分区,为什么要有新生代和老年代
    4. 字节跳动:
      • 二面:Java的内存分区
      • 二面:讲讲vm运行时数据库区
      • 什么时候对象会进入老年代?
    5. 京东:
      • JVM的内存结构,Eden和Survivor比例。
      • JVM内存为什么要分成新生代,老年代,持久代。新生代中为什么要分为Eden和survivor。
    6. 天猫:
      • 一面:Jvm内存模型以及分区,需要详细到每个区放什么。
      • 一面:JVM的内存模型,Java8做了什么改
    7. 拼多多:
      • JVM内存分哪几个区,每个区的作用是什么?
    8. 美团:
      • java内存分配
      • jvm的永久代中会发生垃圾回收吗?
      • 一面:jvm内存分区,为什么要有新生代和老年代?
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  • JDK8之后-JVM运行时数据区域

    千次阅读 2018-03-05 21:12:40
    1.方法区(method area)只是JVM规范中定义的一个概念,用于存储类信息、常量池、静态变量、JIT编译后的代码等数据,具体放在哪里,不同的实现可以放在不同的地方。永久代是HotSpot虚拟机特有的概念,是对方法区的...
  • jvm学习笔记3

    2020-08-23 17:17:38
    玩转JVM中的对象及引用-0721 ...8.常量池划分了三种,运行时常量池在堆里面 9.上节课作业 String str1 = “abc”; String str2 = new String(“abc”); String str3 = str2.intern(); 此处比较的引用对象的地址 f
  • 随记--方法区--20200518

    2020-05-19 02:00:18
    类型信息域(Field)信息方法信息代码举例常量池运行时常量池5. 方法区使用举例6. 方法区的演进细节永久代为什么要被元空间替代?StringTable为什么要调整?静态变量放在哪里?7. 方法区的垃圾收集 1. 栈、堆、方法区...
  • 面试官没说什么,等我出来等公交车才想起来,不是在常量池里么,哪里在堆中哦? 嗯,不知道的,请百度搜索“String 常量池”。 转载于:https://www.cnblogs.com/lanzhi/archive/2012/11/1...
  • 对jvm 的理解

    2017-06-24 14:58:16
    堆 解决数据存储的问题,数据怎么放,放在哪里栈 解决程序的运行问题,即程序怎么执行,或者说如何处理数据的问题。java栈是一块线程私有的内存空间,存放对象的引用方法区 就是存放类信息,常量信息,常量池信息,...
  • 一、简介 ...方法区(method area)只是JVM规范中定义的一个概念,用于存储类信息、常量池、静态变量、JIT编译后的代码等数据,具体放在哪里,不同的实现可以放在不同的地方。而永久代是Hotspot虚拟机...
  • 方法区(method area)只是JVM规范中定义的一个概念,用于存储类信息、常量池、静态变量、JIT编译后的代码等数据,具体放在哪里,不同的实现可以放在不同的地方。而永久代是Hotspot虚拟机特有的概念,是...
  • 方法区(method area)只是JVM规范中定义的一个概念,用于存储类信息、常量池、静态变量、JIT编译后的代码等数据,具体放在哪里,不同的实现可以放在不同的地方。而永久代是Hotspot虚拟机特有的...
  • JVM内存模型总结 JVM组成部分:方法区、堆;...方法区: 用于存储类信息、常量池、静态变量、JIT编译后的代码等数据,具体放在哪里,不同的实现可以放在不同的地方。 堆: 存放所有new出来的对象,是GC垃圾...
  • 通过new关键字创建,但是要注意基础类型和String类型的特殊之处并且还有常量池的概念。 放在哪里: 寄存器:位于CPU内部,这是存取最快的区域,但是Java并不能直接控制,程序运行过程中也并不能感知到这一块的...
  • 方法区介绍

    2020-08-13 19:01:00
    方法区(method area)只是JVM规范中定义的一个概念,用于存储类信息、常量池、静态变量、JIT编译后的代码等数据,具体放在哪里,不同的实现可以放在不同的地方。而永久代是Hotspot虚拟机特有的概念,是方法区的一种...
  • Java基础总结(三)

    2019-01-13 13:59:47
    1.方法区(method area)只是JVM规范中定义的一个概念,用于存储类信息、常量池、静态变量、JIT编译后的代码等数据,具体放在哪里,不同的实现可以放在不同的地方。永久代是HotSpot虚拟机特有的概念,是对方法区的...
  • 只是JVM规范中定义的一个概念,用于存储静态变量、常量池、符号引用、类信息、JIT编译后的代码等数据,具体放在哪里,不同的实现可 以放在不同的地方。永久代是HotSpot虚拟机特有的概念,是对方法区的实现,别的JVM...
  • 之前写过一篇关于JVM内存区域划分的文章,但是后来被问到Java里面String存放的位置,之前只记得String是一个不变的量,应该是要存放在常量池里面的,但是后来问到new一个String出来应该是放到哪里的,这个应该是放到...
  • 67、jvm底部分析

    2019-11-06 16:06:58
    c.intern() 把堆里面的值放到 字符串常量池 hashset相同时 会覆盖原来的 基本类型都是值传递 包装类要看 值是多少 会涉及到拆封装 指针碰撞 : 记录当前指针到哪里去 哪个区域 有多个线程创建对象 cas锁 cas无锁...
  • 前言之前写过一篇关于JVM内存区域划分的文章,...应该是要存放在常量池里面的,但是后来问到new一个String出来应该是放到哪里的,这个应该是放到堆里面的,后来又问到String的引用是放在什么地方的,当时傻逼的说也...
  • 前言之前写过一篇关于JVM内存区域划分的文章,...应该是要存放在常量池里面的,但是后来问到new一个String出来应该是放到哪里的,这个应该是放到堆里面的,后来又问到String的引用是放在什么地方的,当时傻逼的说也...
  • 前言之前写过一篇关于JVM内存区域划分的文章,...应该是要存放在常量池里面的,但是后来问到new一个String出来应该是放到哪里的,这个应该是放到堆里面的,后来又问到String的引用是放在什么地方的,当时傻逼的说也...
  • new一个对象的完整过程

    千次阅读 2020-08-08 16:04:54
    在new的开始过程中,首先检查该类是否能在常量池中定位到一个类的符号引用,并检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。 接下来就是初始化对象。首先为对象在堆内存中分配一块空间,这块空间的大小在...
  •  查询用户拥有哪里权限: SQL> select * from role_tab_privs;//查询授予角色的对象权限 SQL> select * from role_role_privs;//查询授予另一角色的角色 SQL> select * from DBA_tab_privs;//查询直接授予用户的...
  • 2.2 SGA-共享 27 2.3 库高速缓存 28 2.4 完全相同的语句 29 2.5 SGA-缓冲区缓存 32 2.6 查询转换 35 2.7 视图合并 36 2.8 子查询解嵌套 39 2.9 谓语前推 42 2.10 使用物化视图进行查询重写 44 2.11 确定...

空空如也

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常量池放在哪里