一、前言
1.1、什么是 JVM ？
1）定义
Java Virtual Machine ，Java 程序的运行环境（Java 二进制字节码的运行环境）。
2）好处
- 一次编译，处处执行
- 自动的内存管理，垃圾回收机制
- 数组下标越界检查
3）比较
JVM、JRE、JDK 的关系如下图所示
1.2、学习 JVM 有什么用？
面试必备
中高级程序员必备
想走的长远，就需要懂原理，比如：自动装箱、自动拆箱是怎么实现的，反射是怎么实现的，垃圾回收机制是怎么回事等待，JVM 是必须掌握的。
1.3、常见的 JVM
一套规范，可以自己实现jmv的
我们主要学习的是 HotSpot 版本的虚拟机。
HotSpot VM是Sun JDK和OpenJDK中所带的虚拟机。
1.4、学习路线
ClassLoader：Java 代码编译成二进制后，会经过类加载器，这样才能加载到 JVM 中运行。
Method Area：类是放在方法区中。
Heap：类的实例对象。
当类调用方法时，会用到 JVM Stack、PC Register、本地方法栈。
方法执行时的每行代码是有执行引擎中的解释器逐行执行，方法中的热点代码频繁调用的方法，由 JIT 编译器优化后执行，GC 会对堆中不用的对象进行回收。需要和操作系统打交道就需要使用到本地方法接口(调用操作系统方法)。
二、内存结构
2.1、程序计数器
1）定义
Program Counter Register 程序计数器（寄存器）
作用：是记录下一条 jvm 指令的执行地址行号。
特点：
- 是线程私有的
- 不会存在内存溢出
2）作用
计数器是java对物理硬件（寄存器）的屏蔽和抽象
解释器会解释指令为机器码交给 cpu 执行，程序计数器会记录下一条指令的地址行号，这样下一次解释器会从程序计数器拿到指令然后进行解释执行。
多线程的环境下，如果两个线程发生了上下文切换，那么程序计数器会记录线程下一行指令的地址行号，以便于接着往下执行。
2.2、虚拟机栈
1）定义
每个线程运行需要的内存空间，称为虚拟机栈
每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次调用方法时所占用的内存
每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的方法
栈顶的那个栈帧，调用一次方法，把方法的栈帧放入栈，方法执行完，弹出栈帧；方法调用方法，在放入另一个栈帧。
问题辨析：
垃圾回收是否涉及栈内存？
不会。栈内存是方法调用产生的，方法调用结束后会弹出栈。
栈内存分配越大越好吗？
不是。因为物理内存是一定的，栈内存越大，可以支持更多的递归调用，但是可执行的线程数就会越少。因为一个线程对应一个栈，即栈是线程私有的，所以栈大，那么栈数目少，线程数就少。
方法的局部变量是否线程安全？
如果方法内部的变量没有逃离方法的作用访问，它是线程安全的
如果是局部变量引用了对象，并逃离了方法的访问，那就要考虑线程安全问题（函数参数、 函数返回值等的情况）。
public class Demo1_17 { public static void main(String[] args) { StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append(4); sb.append(5); sb.append(6); new Thread(()->{ m2(sb); }).start(); } public static void m1() { StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append(1); sb.append(2); sb.append(3); System.out.println(sb.toString()); } public static void m2(StringBuilder sb) { sb.append(1); sb.append(2); sb.append(3); System.out.println(sb.toString()); } public static StringBuilder m3() { StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.append(1); sb.append(2); sb.append(3); return sb; } }
m1线程安全，私有的引用局部变量
m2线程不安全，sb是方法参数传递的，说明与其他线程共享
m3线程不安全，作为返回值，也共享了
2）栈内存溢出
栈帧过大（局部变量一般占用内存比较少，不太容易出现）、
过多（方法调用太多，且没有返回，递归没有终止）、
或者第三方类库操作（两个类的循环引用，json循环依赖），
都有可能造成栈内存溢出 java.lang.stackOverflowError ，使用 -Xss256k 指定栈内存大小！
3）线程运行诊断
案例一：cpu 占用过多
解决方法：Linux 环境下运行某些程序的时候，可能导致 CPU 的占用过高，这时需要定位占用 CPU 过高的线程
top 命令，查看是哪个进程占用 CPU 过高
ps H -eo pid, tid（线程id）, %cpu | grep 刚才通过 top 查到的进程号 通过 ps 命令进一步查看是哪个线程占用 CPU 过高
jstack 进程 id 通过查看进程中的线程的 nid ，刚才通过 ps 命令看到的 tid 来对比定位，注意 jstack 查找出的线程 id 是 16 进制的，需要转换。
2.3、本地方法栈
一些带有 native 关键字的方法就是需要 JAVA 去调用本地的C或者C++方法，因为 JAVA 有时候没法直接和操作系统底层交互，所以需要用到本地方法栈，服务于带 native 关键字的方法。
Object中有很多本地方法，clone/wait/..
2.4、堆
1）定义
Heap 堆
通过new关键字创建的对象都会被放在堆内存
特点
- 它是线程共享，堆内存中的对象都需要考虑线程安全问题
- 有垃圾回收机制,堆中不再引用的对象会被释放内存
2）堆内存溢出
java.lang.OutofMemoryError ：java heap space. 堆内存溢出，堆中的对象太多，也没被回收
可以使用 -Xmx8m 来指定堆内存大小（大小指定8M）。
先是将hello对象创建堆，将对象引用加入list集合
然后不断做字符串拼接，将hello*****对象创建堆，将对象引用加入list集合
。。。。。死循环，对象也无法回收，爆了。
3）堆内存诊断
- jps 工具
查看当前系统中有哪些 java 进程
- jmap 工具
查看堆内存占用情况 jmap - heap 进程id
- jconsole 工具
图形界面的，多功能的监测工具，可以连续监测
- jvisualvm 工具
先运行演示堆内存的程序
/** * 演示堆内存 */ public class Demo1_4 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { System.out.println("1..."); Thread.sleep(30000); byte[] array = new byte[1024 * 1024 * 10]; // 10 Mb System.out.println("2..."); Thread.sleep(20000); array = null; System.gc(); System.out.println("3..."); Thread.sleep(1000000L); } }
idea Terminal中运行jps
查看当前系统中有哪些 java 进程
I:网课资料资料-解密JVM代码jvm>jps 22080 Jps 21556 23380 Demo1_4 5812 RemoteMavenServer36 8460 Launcher
查看堆内存占用情况
内存快照信息
I:网课资料资料-解密JVM代码jvm>jmap -heap 23380 Attaching to process ID 23380, please wait... Debugger attached successfully. Server compiler detected. JVM version is 25.231-b11 using thread-local object allocation. Parallel GC with 8 thread(s) Heap Configuration: MinHeapFreeRatio = 0 MaxHeapFreeRatio = 100 MaxHeapSize = 4261412864 (4064.0MB) NewSize = 88604672 (84.5MB) MaxNewSize = 1420296192 (1354.5MB) OldSize = 177733632 (169.5MB) NewRatio = 2 SurvivorRatio = 8 MetaspaceSize = 21807104 (20.796875MB) CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB) MaxMetaspaceSize = 17592186044415 MB G1HeapRegionSize = 0 (0.0MB) Heap Usage: PS Young Generation Eden Space: capacity = 66584576 (63.5MB) used = 17145656 (16.35137176513672MB) free = 49438920 (47.14862823486328MB) 25.750191756120817% used From Space: capacity = 11010048 (10.5MB) used = 0 (0.0MB) free = 11010048 (10.5MB) 0.0% used To Space: capacity = 11010048 (10.5MB) used = 0 (0.0MB) free = 11010048 (10.5MB) 0.0% used PS Old Generation capacity = 177733632 (169.5MB) used = 0 (0.0MB) free = 177733632 (169.5MB) 0.0% used 3170 interned Strings occupying 280952 bytes.
jconsole 工具
idea Terminal中运行jconsole
可以看到堆内存空间先增后降 符合代码
2.5、方法区
2.5.1 定义
Java 虚拟机有一个在所有 Java 虚拟机线程之间共享的方法区域。
方法区域类似于用于传统语言的编译代码的存储区域，或者类似于操作系统进程中的“文本”段。
它存储每个类的结构，例如运行时常量池、字段和方法数据，以及方法和构造函数的代码，包括特殊方法，用于类和接口的实例初始化。
方法区域是在虚拟机启动时创建的。
尽管方法区在逻辑上是堆的一部分（不同厂商实现不一样，HotSpots 1.8前是永久代，堆的一部分，1.8时把永久代移除了,元空间，本地系统内存），但简单的实现可能不会选择垃圾收集或压缩它。
方法区是规范，什么永久代、元空间是实现。
此规范不强制指定方法区的位置或用于管理已编译代码的策略。方法区域可以具有固定的大小，或者可以根据计算的需要进行扩展，并且如果不需要更大的方法区域，则可以收缩。
方法区域的内存不需要是连续的！
2.5.2 组成
Hotspot 虚拟机 jdk1.6 1.7 1.8 内存结构图
ClassLoader用来加载类的字节码。
2.5.3 方法区内存溢出
1.8 之前会导致永久代内存溢出
使用 -XX:MaxPermSize=8m 指定永久代内存大小
1.8 之后会导致元空间内存溢出
使用 -XX:MaxMetaspaceSize=8m 指定元空间大小
演示内存溢出
import jdk.internal.org.objectweb.asm.ClassWriter; import jdk.internal.org.objectweb.asm.Opcodes; /** * 演示元空间内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace * -XX:MaxMetaspaceSize=8m */ public class Demo1_8 extends ClassLoader { // 可以用来加载类的二进制字节码 public static void main(String[] args) { int j = 0; try { Demo1_8 test = new Demo1_8(); for (int i = 0; i < 10000; i++, j++) { // ClassWriter 作用是生成类的二进制字节码 ClassWriter cw = new ClassWriter(0); // 定义类 // 版本号， public， 类名, 包名, 父类， 接口 cw.visit(Opcodes.V1_8, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null, "java/lang/Object", null); // 返回 byte[] byte[] code = cw.toByteArray(); // 执行了类的加载 test.defineClass("Class" + i, code, 0, code.length); // Class 对象 } } finally { System.out.println(j); } } }
2.5.4 运行时常量池
运行一段程序，将程序编译为二进制字节码：
二进制字节码包含（类的基本信息，常量池，类方法定义，包含了虚拟机的指令）
首先看看常量池是什么，编译如下代码：
public class HelloWorld { public HelloWorld() { } public static void main(String[] args) { System.out.println("hello world"); } }
然后使用 javap -v Test.class 命令反编译查看结果。
Classfile /I:/网课资料/资料-解密JVM/代码/jvm/out/production/jvm/cn/itcast/jvm/t5/HelloWorld.class Last modified 2021-9-24; size 567 bytes MD5 checksum 8efebdac91aa496515fa1c161184e354 Compiled from "HelloWorld.java" public class cn.itcast.jvm.t5.HelloWorld minor version: 0 major version: 52 flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER Constant pool: #1 = Methodref #6.#20 // java/lang/Object."<init>":()V #2 = Fieldref #21.#22 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; #3 = String #23 // hello world #4 = Methodref #24.#25 // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V #5 = Class #26 // cn/itcast/jvm/t5/HelloWorld #6 = Class #27 // java/lang/Object #7 = Utf8 <init> #8 = Utf8 ()V #9 = Utf8 Code #10 = Utf8 LineNumberTable #11 = Utf8 LocalVariableTable #12 = Utf8 this #13 = Utf8 Lcn/itcast/jvm/t5/HelloWorld; #14 = Utf8 main #15 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V #16 = Utf8 args #17 = Utf8 [Ljava/lang/String; #18 = Utf8 SourceFile #19 = Utf8 HelloWorld.java #20 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V #21 = Class #28 // java/lang/System #22 = NameAndType #29:#30 // out:Ljava/io/PrintStream; #23 = Utf8 hello world #24 = Class #31 // java/io/PrintStream #25 = NameAndType #32:#33 // println:(Ljava/lang/String;)V #26 = Utf8 cn/itcast/jvm/t5/HelloWorld #27 = Utf8 java/lang/Object #28 = Utf8 java/lang/System #29 = Utf8 out #30 = Utf8 Ljava/io/PrintStream; #31 = Utf8 java/io/PrintStream #32 = Utf8 println #33 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V { public cn.itcast.jvm.t5.HelloWorld(); 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 4: 0 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this Lcn/itcast/jvm/t5/HelloWorld; public static void main(java.lang.String[]); descriptor: ([Ljava/lang/String;)V flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=2, locals=1, args_size=1 0: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 3: ldc #3 // String hello world 5: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 8: return LineNumberTable: line 6: 0 line 7: 8 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 9 0 args [Ljava/lang/String; } SourceFile: "HelloWorld.java"
其中Constant pool那部分是常量池表
Constant pool: #1 = Methodref #6.#20 // java/lang/Object."<init>":()V #2 = Fieldref #21.#22 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; #3 = String #23 // hello world #4 = Methodref #24.#25 // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V #5 = Class #26 // cn/itcast/jvm/t5/HelloWorld #6 = Class #27 // java/lang/Object #7 = Utf8 <init> #8 = Utf8 ()V #9 = Utf8 Code #10 = Utf8 LineNumberTable #11 = Utf8 LocalVariableTable #12 = Utf8 this #13 = Utf8 Lcn/itcast/jvm/t5/HelloWorld; #14 = Utf8 main #15 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V #16 = Utf8 args #17 = Utf8 [Ljava/lang/String; #18 = Utf8 SourceFile #19 = Utf8 HelloWorld.java #20 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V #21 = Class #28 // java/lang/System #22 = NameAndType #29:#30 // out:Ljava/io/PrintStream; #23 = Utf8 hello world #24 = Class #31 // java/io/PrintStream #25 = NameAndType #32:#33 // println:(Ljava/lang/String;)V #26 = Utf8 cn/itcast/jvm/t5/HelloWorld #27 = Utf8 java/lang/Object #28 = Utf8 java/lang/System #29 = Utf8 out #30 = Utf8 Ljava/io/PrintStream; #31 = Utf8 java/io/PrintStream #32 = Utf8 println #33 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V
每条指令都会对应常量池表中一个地址，常量池表中的地址可能对应着一个类名、方法名、参数类型等信息。
Code后是jvm指令，指令地址 操作方式 常量池对应地址
常量池：
就是一张表，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、字面量信息
运行时常量池：
常量池是 *.class 文件中的，当该类被加载以后，它的常量池信息就会放入运行时常量池（内存中），并把里面的符号地址变为真实地址（内存地址）
2.5.5 StringTable
String table又称为String pool，字符串常量池，其存在于堆中(jdk1.7之后改的)。最重要的一点，String table中存储的并不是String类型的对象，存储的而是指向String对象的索引，真实对象还是存储在堆中。
此外String table还存在一个hash表的特性，里面不存在相同的两个字符串。
此外String对象调用intern()方法时，会先在String table中查找是否存在于该对象相同的字符串，若存在直接返回String table中字符串的引用，若不存在则在String table中创建一个与该对象相同的字符串。
// StringTable [ "a", "b" ,"ab" ] hashtable 结构，不能扩容 public class Demo1_22 { // 常量池中的信息，都会被加载到运行时常量池中， 这时 a b ab 都是常量池中的符号，还没有变为 java 字符串对象 // ldc #2 会把 a 符号变为 "a" 字符串对象 // ldc #3 会把 b 符号变为 "b" 字符串对象 // ldc #4 会把 ab 符号变为 "ab" 字符串对象 public static void main(String[] args) { String s1 = "a"; // 懒惰的 String s2 = "b"; String s3 = "ab"; String s4 = s1 + s2; // new StringBuilder().append("a").append("b").toString() new String("ab") String s5 = "a" + "b"; // javac 在编译期间的优化，结果已经在编译期确定为ab System.out.println(s3 == s5); } }
反编译
public static void main(java.lang.String[]); descriptor: ([Ljava/lang/String;)V flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=3, locals=6, args_size=1 0: ldc #2 // String a 2: astore_1 3: ldc #3 // String b 5: astore_2 6: ldc #4 // String ab 8: astore_3 9: new #5 // class java/lang/StringBuilder 12: dup 13: invokespecial #6 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V 16: aload_1 17: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 20: aload_2 21: invokevirtual #7 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 24: invokevirtual #8 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String; 27: astore 4 29: ldc #4 // String ab 31: astore 5 33: getstatic #9 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 36: aload_3 37: aload 5 39: if_acmpne 46 42: iconst_1 43: goto 47 46: iconst_0 47: invokevirtual #10 // Method java/io/PrintStream.println:(Z)V 50: return
常量池中的字符串仅是符号，只有在被用到时才会将符号转化为对象（懒汉），放入StringTable,放入时会先在StringTable中查找，如果对象存在就无法放入，不存在放入，最后返回串池中对象。
利用串池的机制，来避免重复创建字符串对象
字符串变量拼接的原理是StringBuilder（线程安全，效率低）
String s4 = s1 + s2; // new StringBuilder().append("a").append("b").toString() new String("ab")
s5==s3 true
字符串常量拼接的原理是编译器优化，s5是常量，去常量池中查找，还特么找到了， 常量是确定，可以在编译期间确定为ab,而引用相加不确定，只能运行时确定
可以使用方法，主动将串池中还没有的字符串对象放入串池中
（懒汉行为，延迟实例化，遇到一个常量，用时将常量池符号变对象，再放入StringTable）
intern方法 1.8
调用字符串对象的 intern 方法，会将该字符串对象尝试放入到串池StringPooling中
- 如果串池中没有该字符串对象，则放入成功
- 如果有该字符串对象，则放入失败
- 无论放入是否成功，都会返回串池中的字符串对象
注意：此时如果调用 intern 方法成功，堆内存与串池中的字符串对象是同一个对象；如果失败，则不是同一个对象
例1：
public class Main { public static void main(String[] args) { // "a" "b" 被放入串池中，str 则存在于堆内存之中 String str = new String("a") + new String("b"); // 调用 str 的 intern 方法，这时串池中没有 "ab" ，则会将该字符串对象放入到串池中，此时堆内存与串池中的 "ab" 是同一个对象 String st2 = str.intern(); // 给 str3 赋值，因为此时串池中已有 "ab" ，则直接将串池中的内容返回 String str3 = "ab"; // 因为堆内存与串池中的 "ab" 是同一个对象，所以以下两条语句打印的都为 true System.out.println(str == st2);//true System.out.println(str == str3);//true } }
例2：
public class Demo1_23 { // ["ab", "a", "b"] public static void main(String[] args) { String x = "ab"; //此处创建字符串对象 "ab" ，因为串池中还没有 "ab" ，所以将其放入串池中 String s = new String("a") + new String("b"); // "a" "b" 被放入串池中，s则存在于堆内存之中 String s2 = s.intern(); // 将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则并不会放入，如果没有则放入串池， 会把串池中的对象返回 // 此时因为在创建x时，"ab" 已存在与串池中，所以放入失败，但是会返回串池中的 "ab" System.out.println( s2 == x); // true System.out.println( s == x ); // false } }
当java1.6时 当调用intern方法时，如果字符串常量池先前已创建出该字符串对象，则返回池中的该字符串的引用。否则，将此字符串对象拷贝添加到字符串常量池中，并且返回该字符串对象的引用。
1.8不拷贝，1.6要拷贝，当常量池无对象时，1.8返回的引用和堆引用一样，因为放入的是引用不是拷贝，而1.6则是常量池引用，放入的是拷贝
面试题
/** * 演示字符串相关面试题 */ public class Demo1_21 { public static void main(String[] args) { String s1 = "a"; String s2 = "b"; String s3 = "a" + "b"; // ab String s4 = s1 + s2; // new String("ab") String s5 = "ab"; String s6 = s4.intern(); // 问 System.out.println(s3 == s4); // false System.out.println(s3 == s5); // true System.out.println(s3 == s6); // true String x2 = new String("c") + new String("d"); // new String("cd") x2.intern(); String x1 = "cd"; // 问，如果调换了【最后两行代码】的位置呢，如果是jdk1.6呢 System.out.println(x1 == x2); } }
1.8 x2==x1 false
1.6 x2==x1 false
串池中已经存在“cd”了，x2不会再放入串池 x2的“cd”存在于堆中
1.8 x2==x1 true x2一开始堆，然后将其应用放入StringPooling,x1放入后得到返回引用和x2引用一样
1.6 x2==x1 false x2一开始堆，然后拷贝对象放入StringPooling,x1放入后得到返回引用和x2（此时的x2还是之前的 没有更新）不一样
2.5.6 StringTable 的位置
jdk1.6 StringTable 位置是在永久代中，1.8 StringTable 位置是在堆中。
因为永久代的回收效率很低，永久代只有fullGC的时候才会垃圾回收
堆中只需要minGC就可以垃圾回收，大大减少String常量对内存的占用
/** * 演示 StringTable 位置 * 在jdk8下设置 -Xmx10m -XX:-UseGCOverheadLimit * 在jdk6下设置 -XX:MaxPermSize=10m */ public class Demo1_6 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { List<String> list = new ArrayList<String>(); int i = 0; try { for (int j = 0; j < 260000; j++) { list.add(String.valueOf(j).intern()); i++; } } catch (Throwable e) { e.printStackTrace(); } finally { System.out.println(i); } } }
实验 对比1.6和1.8StringPool位置
设置永久代参数，内存大小
花了98%的时间进行垃圾回收，但是垃圾回收不足2%,说明救不活了！哈哈哈 ，直接报堆溢出
2.5.7 StringTable 垃圾回收
-Xmx10m 指定堆内存大小
-XX:+PrintStringTableStatistics 打印字符串常量池信息
-XX:+PrintGCDetails
-verbose:gc 打印 gc 的次数，耗费时间等信息
/** * 演示 StringTable 垃圾回收 * -Xmx10m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc */ public class Demo1_7 { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { int i = 0; try { for (int j = 0; j < 100000; j++) { // j=100, j=10000 String.valueOf(j).intern(); i++; } } catch (Throwable e) { e.printStackTrace(); } finally { System.out.println(i); } } }
堆空间
内存不足，触发一次垃圾回收，垃圾回收速度很快，
新生代的垃圾回收快
2.5.8 StringTable 性能调优
* 因为StringTable是由HashTable实现的，所以可以适当增加HashTable桶（对象数组长度）的个数，减少hash碰撞的可能性，链的长度较短，来减少字符串放入串池所需要的时间，哈希桶的长度太小的话，如果String常量对象很多，哈希碰撞更严重，链表插入、扩容、红黑树费时
* 考虑是否需要将字符串对象入池
* 可以通过 intern 方法减少重复入池，不同对象（相同）指向池中同一String
设置桶的长度：
-XX:StringTableSize=桶个数（最少设置为 1009 以上）
2.6、直接内存
2.6.1 定义
Direct Memory -----是操作系统的内存 ---java和系统都可以访问，避免了内存重复
- 常见于 NIO 操作时，用于数据缓冲区
- 分配回收成本较高，但读写性能高
- 不受 JVM 内存回收管理
2.6.2 使用直接内存的好处
文件读写流程：
java本身不具备磁盘读写的能力，需要调用操作系统的方法，本地方法--CPU状态由用户态（java）切换到内核态(System)；
缓存，分次读取
因为 java 不能直接操作文件管理，需要切换到内核态，使用本地方法进行操作，然后读取磁盘文件，会在系统内存中创建一个缓冲区，将数据读到系统缓冲区， 然后在将系统缓冲区数据，复制到 java 堆内存中。缺点是数据存储了两份，在系统内存中有一份，java 堆中有一份，造成了不必要的复制。
使用了 DirectBuffer 文件读取流程
直接内存是操作系统和 Java 代码都可以访问的一块区域，无需将代码从系统内存复制到 Java 堆内存，从而提高了效率。磁盘文件读取到直接内存后，可以让java直接访问，少了缓冲区的copy操作，所以高效，内存不浪费。
2.6.3 直接内存回收原理
1.直接内存的回收不是通过 JVM 的垃圾回收来释放的，而是通过unsafe.freeMemory 来手动释放。
2.ByteBuffer的实现类内部，使用了Cleaner（虚引用）来检测ByteBuffer对象，一旦ByteBuffer对象被垃圾回收，那么就会由ReferenceHandler线程通过通过Clean方法调用unsafe.freeMemory 是（守护线程）来释放内存
直接内存的分配：ByteBuffer.allocateDirect();
/** * 禁用显式回收对直接内存的影响 */ public class Demo1_26 { static int _1Gb = 1024 * 1024 * 1024; /* * -XX:+DisableExplicitGC 显式的 */ public static void main(String[] args) throws IOException { ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(_1Gb); System.out.println("分配完毕..."); System.in.read(); System.out.println("开始释放..."); byteBuffer = null; System.gc(); // 显式的垃圾回收，Full GC System.in.read(); } }
这里的直接内存被释放，不是因为GC,因为JVM管不了
但是，有虚引用
public class Code_06_DirectMemoryTest { public static int _1GB = 1024 * 1024 * 1024; public static void main(String[] args) throws IOException, NoSuchFieldException, IllegalAccessException { // method(); method1(); } // 演示 直接内存 是被 unsafe 创建与回收 private static void method1() throws IOException, NoSuchFieldException, IllegalAccessException { Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");//用反射拿到unsafe对象 field.setAccessible(true); Unsafe unsafe = (Unsafe)field.get(Unsafe.class); //分配内存，，用unsafe分配的内存，由unsafe对象方法释放掉 long base = unsafe.allocateMemory(_1GB); unsafe.setMemory(base,_1GB, (byte)0); System.in.read(); //释放内存 unsafe.freeMemory(base); System.in.read(); } // 演示 直接内存被 释放 private static void method() throws IOException { ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(_1GB); System.out.println("分配完毕"); System.in.read(); System.out.println("开始释放"); byteBuffer = null; System.gc(); // 手动 gc System.in.read(); } }
直接内存的回收不是通过 JVM 的垃圾回收来释放的，而是通过unsafe.freeMemory 来手动释放。
第一步：allocateDirect 的实现
public static ByteBuffer allocateDirect(int capacity) { return new DirectByteBuffer(capacity); }
底层是创建了一个 DirectByteBuffer 对象。
第二步：DirectByteBuffer 类
DirectByteBuffer(int cap) { // package-private super(-1, 0, cap, cap); boolean pa = VM.isDirectMemoryPageAligned(); int ps = Bits.pageSize(); long size = Math.max(1L, (long)cap + (pa ? ps : 0)); Bits.reserveMemory(size, cap); long base = 0; try { base = unsafe.allocateMemory(size); // 申请内存 } catch (OutOfMemoryError x) { Bits.unreserveMemory(size, cap); throw x; } unsafe.setMemory(base, size, (byte) 0); if (pa && (base % ps != 0)) { // Round up to page boundary address = base + ps - (base & (ps - 1)); } else { address = base; } cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap));
// 通过虚引用，来实现直接内存的释放，this为虚引用的实际对象, 第二个参数是一个回调，实现了 runnable 接口，run 方法中通过 unsafe 释放内存。 att = null; }
这里调用了一个 Cleaner 的 create 方法，且后台线程还会对虚引用的对象监测，如果虚引用的实际对象（这里是 DirectByteBuffer ）被回收以后，就会调用 Cleaner 的 clean 方法，来清除直接内存中占用的内存。
public void clean() { if (remove(this)) { try { // 都用函数的 run 方法, 释放内存 this.thunk.run(); } catch (final Throwable var2) { AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() { public Void run() { if (System.err != null) { (new Error("Cleaner terminated abnormally", var2)).printStackTrace(); } System.exit(1); return null; } }); } } }
可以看到关键的一行代码， this.thunk.run()，thunk 是 Runnable 对象。run 方法就是回调 Deallocator 中的 run 方法，
public void run() { if (address == 0) { // Paranoia return; } // 释放内存 unsafe.freeMemory(address); address = 0; Bits.unreserveMemory(size, capacity); }
注意：
/** * -XX:+DisableExplicitGC 显示的 */ private static void method() throws IOException { ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(_1GB); System.out.println("分配完毕"); System.in.read(); System.out.println("开始释放"); byteBuffer = null; System.gc(); // 手动 gc 失效 System.in.read(); }
一般用 jvm 调优时，会加上下面的参数：
-XX:+DisableExplicitGC // 静止显示的 GC
意思就是禁止我们手动的 GC，比如手动 System.gc() 无效，它是一种 full gc，会回收新生代、老年代，会造成程序执行的时间比较长。所以我们就通过 unsafe 对象调用 freeMemory 的方式释放内存。