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Android性能调优篇之探索JVM内存分配

简介:
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开篇废话

今天我们一起来学习JVM的内存分配,主要目的是为我们Android内存优化打下基础。

一直在想以什么样的方式来呈现这个知识点才能让我们易于理解,最终决定使用方法为:图解+源代码分析

欢迎访问我的个人博客:senduo's blog

希望能在我们平时开发写代码的时候,能够知道当前写的这段代码,内存方面是如何分配的。

我们深知,一个Java程序员在很多时候根本不用操心内存的释放,而是依靠JVM去管理,以前写C++代码的时候,却要时刻记着new的空间要及时释放掉,不然程序很容易出现内存溢出的情况。因为,Java在这方面确实方便了许多,让我们有更多精力去考虑业务方面的实现。但是,这并不意味着我们就能肆无忌惮的使用内存,因为:

1.JVM并不会及时的去清理内存

2.我们无法通过代码去控制JVM去清理内存

这就要求我们平时在开发过程中,要了解JVM的垃圾回收机制,合理安排内存。

那么怎么样才能合理安排内存呢?那么就需要我们了解JVM的内存分配机制,而后才能真正控制好,让程序运行在我们鼓掌之中。


技术详情

1.JVM内存模型

平时我们对于Java内存都有一个比较粗略的概念,就是分堆和栈,但实际上还是复杂得多,以下给出完整内存模型:

内存模型
内存模型

相对应区域的内容为:

内容模型
内容模型

1.1程序计数器PC

这一个区域我概括了以下几个要点:

1.这一区域不会出现OOM(Out Of Memory)错误的情况

2.属于线程私有,因为每一个线程都有自己的一个程序计数器,来表示当前线程执行的字节码行号

3.标识Java方法的字节码地址,而不是Native方法

4.处于CPU上,我们无法直接操作这块区域


1.2虚拟机栈

这个区域也是我们平时口中说的堆栈的栈,关于这个块区域有如下要点:

1.属于线程私有,与线程的生命周期相同

2.每一个java方法被执行的时候,这个区域会生成一个栈帧

4.栈帧中存放的局部变量有8种基本数据类型,以及引用类型(对象的内存地址)

5.java方法的运行过程就是栈帧在虚拟机栈中入栈和出栈的过程

6.当线程请求的栈的深度超出了虚拟机栈允许的深度时,会抛出StackOverFlow的错误

7.当Java虚拟机动态扩展到无法申请足够内存时会抛出OutOfMemory的错误

1.3本地方法栈

这个区域,属于线程私有,顾名思义,区别于虚拟机栈,这里是用来处理Native方法(Java本地方法)的,而虚拟机栈是处理Java方法的。对于Native方法,Object中就有不少的Native的方法,hashCode,wait等,这些方法的执行很多时候都是借助于操作系统。

这一区域也有可能抛出StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError

1.4 Java堆

我们平时说得最多,关注得最多的一个区域,就是他了。我们后期进行的性能优化主要针对这部分内存,GC的主战场,这个地方存放的几乎所有的对象实例和数组数据。这里我大概进行了如下概括:

1.Java堆属于线程共享区域,所有的线程共享这一块内存区域

2.从内存回收角度,Java堆可被分为新生代和老年代,这样分能够更快的回收内存

3.从内存分配角度,Java堆可划分出线程私有的分配缓存区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB),这样能够更快的分配内存

4.当Java虚拟机动态扩展到无法申请足够内存时会抛出OutOfMemory的错误

1.5 方法区

方法区主要存放的是已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、编译器编译后的代码等数据。GC在该区域出现的比较少。概括如下:

1.方法区属于线程共享区域

2.习惯性加他永久代

3.垃圾回收很少光顾这个区域,不过也是需要回收的,主要针对常量池回收,类型卸载

4.常量池用于存放编译期生成的各种字节码和符号引用,常量池具有一定的动态性,
  里面可以存放编译期生成的常量

5.运行期间的常量也可以添加进入常量池中,比如string的intern()方法。


1.6 运行时常量池

运行时常量池也是方法区的一部分,用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用。单独拿出来说明一下,是因为我们平时使用String比价多,涉及到这一块的知识,但这一块区域不会抛出OutOfMemoryError

2.JVM内存源码示例说明

首先写了一个main方法,来做演示,代码如下:

package senduo.com.memory.allocate;

/**
 * *****************************************************************
 * * 文件作者:ouyangshengduo
 * * 创建时间:2017/8/11
 * * 文件描述:内存分配调用过程演示代码
 * * 修改历史:2017/8/11 9:39*************************************
 **/
public class MemoryAllocateDemo {
    public static void main(String[] args){ //JVM自动寻找main方法
        /**
         * 执行第一句代码,创建一个Test实例test,在栈中分配一块内存,存放一个指向堆区实例对象的指针
         */
        Test test = new Test();
        
        /**
         * 执行第二句代码,声明定义一个int型变量(8种基本数据类型),在栈区直接分配一块内存存储这个变量的值
         */
        int date = 9;
        
        /**
         * 执行第三句代码,创建一个BirthDate实例bd1,在栈中分配一块内存,存放一个指向堆区实例对象的指针
         */
        BirthDate bd1 = new BirthDate(13,6,1991);
        
        /**
         * 执行第四句代码,创建一个BirthDate实例bd2,在栈中分配一块内存,存放一个指向堆区实例对象的指针
         */
        BirthDate bd2 = new BirthDate(30,4,1991);
        
        /**
         * 执行第五句代码,方法test1入栈帧,执行完出栈
         */
        test.test1(date);
        
        /**
         * 执行第六句代码,方法test2入栈帧,执行完出栈
         */
        test.test2(bd1);
        
        /**
         * 执行第七句代码,方法test3入栈帧,执行完出栈
         */
        test.test3(bd2);

    }
}

演示过程一

1.JVM自动寻找main方法,执行第一句代码,创建一个Test类的实例test,
  在栈中分配一块内存,存放一个指向堆区对象的指针110925。

2.创建一个int型的变量date,由于是基本类型,直接在栈中存放date对应的值9。

3.创建两个BirthDate类的实例bd1、bd2,在栈中分别存放了对应的指针指向各自的对象
  ,他们在实例化时调用了有参数的构造方法,因此对象中有自定义初始值。
  

图解如下:

内存分配调用演示一
内存分配调用演示一

演示过程二

1.test1方法入栈帧,以date为参数

2.value为局部变量,把value放在栈中,并且把date的值赋值给value

3.把123456赋值给value局部变量

4.test1方法执行完,value内存被释放,test1方法出栈
内存分配调用演示二
内存分配调用演示二
内存分配调用演示二
内存分配调用演示二
内存分配调用演示二
内存分配调用演示二

演示过程三

1.test2方法入栈帧,以实例bd1为参数

2.birthDate为局部变量,把birthDate放在栈中,把bd1的引用的值赋值给birthDate,
  也就是bd1与birthDate的地址都是指向同一个堆区的实例
3.在堆区new了一个对象,并且把这个堆区的指针保存在栈区中birthDate对应的内存空
  间,这个时候,bd1与birthDate指向了不同的堆区,那么birthDate的改变,并不会对
  bd1造成影响

4.test2方法执行完,栈中的birthDate空间被释放,test2方法出栈,但堆区的内存空间
  则要等待系统自动回收
内存分配调用演示三
内存分配调用演示三
内存分配调用演示三
内存分配调用演示三
内存分配调用演示三
内存分配调用演示三

演示过程四

1.test3方法入栈帧,以实例bd2为参数

2.birthDate为局部变量,把birthDate放在栈中,把bd2的引用的值赋值给birthDate,
  也就是bd2与birthDate的地址都是指向同一个堆区的实例
3.调用birthDate的setDay方法,因为birthDate与bd2指向的是同一个对象,也就是bd2调用了setDay方法,所以,也会bd2造成影响

4.test3方法执行完,栈中的birthDate空间被释放,test3方法出栈

内存分配调用演示四
内存分配调用演示四
内存分配调用演示四
内存分配调用演示四
内存分配调用演示四
内存分配调用演示四

3.JVM内存分配小结

跟着上面四个步骤,走一遍,会发现其实也不会那么复杂,掌握思想就能摸到门路了,我们平时注意区分一下基本数据类型的变量和引用数据类型变量,以下进行了几点概括:

1.局部变量中的基本数据类型的值直接存栈中

2.局部变量中的引用数据类型在栈中存的是引用类型的指针(地址)

3.栈中的数据与堆中的数据内存回收并不是同步的,栈中的只要方法运行完,就会直接
  销毁局部变量,但堆中的对象不一定立即销毁
  
4.类的成员变量在不同对象中各不相同,都有自己的存储空间(成员变量在堆中的对象中
  )。而类的方法却是该类的所有对象共享的,只有一套,对象使用方法的时候方法才被
  压入栈,方法不使用则不占用内存

干货总结

终于把JVM内存分配的分享写完了,一路写下来,确实对内存分配又深入了解了一次。期间参考了以下博客:

Java之美[从菜鸟到高手演变]之JVM内存管理及垃圾回收

Java 内存分配全面浅析

Jvm内存模型

通过对JVM内存模型的认识后,下一章将进行JVM垃圾回收机制的探索。




    本文转自 一点点征服   博客园博客,原文链接:http://www.cnblogs.com/ldq2016/p/8036464.html,如需转载请自行联系原作者


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