JVM之java内存区域[1]（程序计数器、栈）

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零 运行时数据区

• Java虚拟机在运行Java程序过程中管理的内存区域，称之为运行时数据区
  
  内存调优学习路线

1. 了解运行时内存结构：了解JVM运行过程中每一部分的内存结构以及容易出现内存溢出的部分
2. 掌握内存问题的产生原因：常见的几种内存泄漏、性能问题的常见原因
3. 掌握内存调优的基本方法：内存泄漏、性能问题等常见JVM问题的常规解决方案

一 程序计数器

• 程序计数器（Program Counter Register）[PC寄存器]，每个线程会通过程序计数器记录当前要执行的的字节码指令的地址
  
• 案例
  

1.1 加载阶段

1. 加载： 在加载阶段，虚拟机将字节码文件中的指令读取到内存之后，会将原文件中的偏移量转换成内存地址。每一条字节码指令都会拥有一个内存地址。
   

1.2 执行阶段

2. 执行：在代码执行过程中，程序计数器会记录下一行字节码指令的地址。执行完当前指令之后，虚拟机的执行引擎根据
   程序计数器执行下一行指令
   

1.3 多线程情况

3. 在多线程执行情况下，Java虚拟机需要通过程序计数器记录CPU切换前解释执行到那一句指令并继续解释运行
   

• 程序计数器在运行中会出现内存溢出吗？
  • 内存溢出指的是程序在使用某一块内存区域时，存放的数据需要占用的内存大小超过了虚拟机能提供的内存上限。因为每个线程只存储一个固定长度的内存地址，程序计数器是不会发生内存溢出的。程序员无需对程序计数器做任何处理

二 栈

2.1 java虚拟机栈

• Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）采用栈的数据结构来管理方法调用中的基本数据，先进后出（First In Last 服务器托管网Out）,每一个方法的调用使用一个栈帧（Stack Frame）来保存
  
• 通过Idea的debug工具查看栈帧的内容
  
• Java虚拟机栈随着线程的创建而创建，而回收则会在线程的销毁时进行。由于方法可能会在不同线程中执行，每个线程都会包含一个自己的虚拟机栈。
  

2.2 java虚拟机栈帧的组成

• 局部变量表：运行过程中存放所有的局部变量
• 操作数栈：栈帧中虚拟机在执行指令过程中用来存放临时数据的一块区域
• 帧数据：主要包含动态链接、方法出口、异常表的引用

2.2.1 局部变量表

• 局部变量表的作用是在方法执行过程中存放所有的局部变量。编译成字节码文件时就可以确定局部变量表的内容
  

• 起始PC：变量创建完后，可以使用变量的起始编号
• 长度：从起始PC的编号开始到程序的结束的长度的范围

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• 栈帧中的局部变量表是一个数组，数组中每一个位置称之为槽(slot) ，long和double类型占用两个槽，其他类型占用一个槽
• 序号：槽的起始编号
  

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• 实例方法中的序号为0的位置存放的是this，指的是当前调用方法的对象，运行时会在内存中存放实例对象的地址
  

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• 方法参数也会保存在局部变量表中，其顺序与方法中参数定义的顺序一致
• 局部变量表保存的内容有：实例方法的this对象，方法的参数，方法体中声明的局部变量
  

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• 以下代码的局部变量表中会占用几个槽？
  
• 为了节省空间，局部变量表中的槽是可以复用的，一旦某个局部变量不再生效，当前槽就可以再次被使用
  

2.2.2 操作数栈

• 操作数栈是栈帧中虚拟机在执行指令过程中用来存放中间数据的一块区域。它是一种栈式的数据结构，如果一条指令将一个值压入操作数栈，则后面的指令可以弹出并使用该值
• 在编译期就可以确定操作数栈的最大深度，从而在执行时正确的分配内存大小
  

2.2.3 帧数据

• 当前类的字节码指令引用了其他类的属性或者方法时，需要将符号引用（编号）转换成对应的运行时常量池中的内存地址。动态链接就保存编号到运行时常量池的内存地址的映射关系。
  
• 方法出口指的是方法在正确或者异常结束时，当前栈帧会被弹出，同时程序计数器应该指向上一个栈帧中的下一条指令的地址。所以在当前栈帧中，需要存储此方法出口的地址。
  
• 异常表存放的是代码中异常的处理信息，包含了异常捕获的生效范围以及异常发生后跳转到的字节码指令位置
  
• 异常表存放的是代码中异常的处理信息，包含了异常捕获的生效范围以及异常发生后跳转到的字节码指令位置。
  

2.3 栈内存溢出

• Java虚拟机栈如果栈帧过多，占用内存超过栈内存可以分配的最大大小就会出现内存溢出
• Java虚拟机栈内存溢出时会出现StackOverflowError的错误
  
• 默认帧大小：如果不指定栈的大小，JVM 将创建一个具有默认大小的栈。大小取决于操作系统和计算机的体系结构。
  

1. Linux x86（64 位）：1 MB ppc：2 MB
2. BSD x86(64位)：1MB
3. Solaris 64位：1 MB
4. Windows：基于操作系统默认值

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• 栈内存溢出模拟：使用递归让方法调用自身，但是不设置退出条件。定义调用次数的变量，每一次调用让变量加1。查看错误发生时总调用的次数。

public static int count = 0;
	//递归方法调用自己
	 public static void recursion(){
	 System.out.println(++count);
	 recursion();
}

2.4 设置帧大小

• 修改Java虚拟机栈的大小，可以使用虚拟机参数 -Xss
• 语法：-Xss栈大小
• 单位：字节（默认，必须是 1024 的倍数）、k或者K(KB)、m或者M(MB)、g或者G(GB)

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注意事项

1. 也可以使用 -XX:ThreadStackSize 调整标志来配置堆栈大小。
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   • 格式为： -XX:ThreadStackSize=1024
2. HotSpot JVM对栈大小的最大值和最小值有要求：
   • 比如测试如下两个参数:

   -Xss1k
   -Xss1025m
   

   • Windows（64位）下的JDK8测试最小值为180k，最大值为1024m。
3. 局部变量过多、操作数栈深度过大也会影响栈内存的大小

一般情况下，工作中使用递归进行操作，栈的深度最多也只能到几百，不会出现栈的溢出。所以此参数可以指定为-Xss256k节省内存。

2.5 本地方法栈

• Java虚拟机栈存储Java方法调用时的栈帧，而本地方法栈存储的是native本地方法的栈帧
• 在Hotspot虚拟机中，Java虚拟机栈和本地方法栈实现上使用了同一个栈空间。本地方法栈会在栈内存上生成一个栈帧，临时保存方法的参数同时方便出现异常时也把本地方法的栈信息打印出来
  

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