（JVM）深入JAVA底层 JVM（Java 虚拟机）！带你认识JVM、程序计数器、JVM栈和方法栈还有堆内存！看看JAVA针对这些内存空间都做了什么吧！

1. 什么是JVM

java 二进制字节码的运行环境，简称：java 虚拟机（Java Virtual Machine）

2. 好处是什么

一次编写，到处运行
自动内存管理，GC垃圾回收功能
数组下标越界检查
多态
…

3. jdk、jre、jvm

在这里插入图片描述

4. 学习JVM有什么用？

面试
理解底层实现原理
中高级程序员的必备技能

5. 常见的JVM

JVM是一个规范，只要你遵守规范，那么也可以自己写一个JVM出来

现在最出名的就是Oracle的JVM，以前就是 Eclipse J9

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6. PC Register（程序计数器）

在这里插入图片描述

右侧为 JAVA 底层源码。是最基础的打印效果

左侧为编译后的二进制字节码，

左侧绿色数字代表在内存中的内存地址，
右侧黑色数字，代表 一行源码在字节码中所占的标符

6.1 流程：

解释器 通过 PC Register 获得字节码一行源码的内存地址（通过寄存器）
解释器将对应内存地址中的字节码进行转换为机器码
转为机器码后交给CPU处理

6.2 作用：

PC Register 的作用：记住下一条JVM指令的执行地址（内存地址）

6.3 特点

线程是私有的

其每一次转换线程完成执行地址交换，都会记录在独自的线程中，若是换线程执行结束后，执行地址记录将会混乱
不会存在内存溢出

7. JVM Stacks（虚拟机栈）

栈：线程运行的内存空间

栈帧：内存空间中的数据（每个方法所运行时需要的内存）

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7.1 定义

每个线程运行时所需要的内存，称为 虚拟机栈
每个栈由多个栈帧（Frame）构成，对应着每次方法调用时所占用的内存
每个线程只能由一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法

当最后一个方法（栈帧）用完后，变为一步步变为最初的方法（栈帧）

在这里插入图片描述

7.2 问题解析

垃圾回收是否涉及栈内存？

不会，栈内存就是会在每次栈帧使用完后就会被弹出栈，不用GC的管理，GC管理堆内存
栈内存分配越大越好吗？

并不会，内存分配越大，递归调用次数越多罢了，并不会加快程序的运行效率

-Xss size（线程栈内存参数）

linux、macOS、Orade Solaris（64-bit）：1024KB

windows：根据虚拟内存自动分配
方法内的局部变量是否线程安全？

常态来说，不会。

若方法交由两个线程执行，那么一个动态变量就会存在于这两个线程中执行，结果不影响

但若是静态变量（static），它会将运行交由两个线程，其线程完成计算结果后再交给静态变量更新数值，故而有可能会影响结果静态变量的线程安全

如果方法内的局部变量没有逃离方法的作用范围，它是线程安全的

如果是局部变量引用了对象，并逃离方法的作用方法，需要考虑线程安全

 /*
            线程安全问题
         */
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append(3);
sb.append(4);
sb.append(5);
new Thread(()->{
    m2(sb);
}).start();


/**
     * 线程安全
     */
public static void m1(){
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    sb.append(1);
    sb.append(2);
    System.out.println(sb.toString());
}
/**
     * 线程不安全
     * @param sb
     */
public static void m2(StringBuilder sb){
    sb.append(1);
    sb.append(2);
    System.out.println(sb.toString());
}

/**
     * 线程不安全
     * @return
     */
public static StringBuilder m3(){
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    sb.append(1);
    sb.append(2);
    return sb;
}

7.3 栈内存溢出

7.3.1 导致栈内存溢出的原因

栈帧过多导致栈内存溢出 (递归)
栈帧过大导致栈内存溢出

7.4 线程运行诊断

7.4.1 cpu占用过多（linux环境）

用 top 指令定位哪个进程对 CPU 占用过高
ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 进程id

（通过ps命令进一步定位是哪个线程引起的cpu占用过高）
jstack 进程id

（可以根据线程id找到有问题的线程，进一步定位到问题代码的源码行号）

7.4.2 程序运行时间很长时间没有结果

死锁问题，同样通过 jstack 进程id，查看源码错误

7.5 代码实现

public class tStack {
    public static void main(String[] args) {
//        Integer integer = demo1(1);
//        System.out.println(integer);

        /*
            线程安全问题
         */
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append(3);
        sb.append(4);
        sb.append(5);
        new Thread(()->{
            m2(sb);
        }).start();

    }

    public static Integer demo1(int a){
        return demo2(a+2);
    }

    public static Integer demo2(int b){
        return b;
    }

    /**
     * 线程安全
     */
    public static void m1(){
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append(1);
        sb.append(2);
        System.out.println(sb.toString());
    }

    /**
     * 线程不安全
     * @param sb
     */
    public static void m2(StringBuilder sb){
        sb.append(1);
        sb.append(2);
        System.out.println(sb.toString());
    }

    /**
     * 线程不安全
     * @return
     */
    public static StringBuilder m3(){
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append(1);
        sb.append(2);
        return sb;
    }


}

8. Native Method Stacks（本地方法栈）

线程私有

它本身的作用就是为本地方法接口提供一个内存空间

8.1 本地方法接口（C/C++ 实现）

对底层CPU进行指令输送，JAVA本身是做不到的，所以得由C/C++实现
它中间会有一个缓存区，也就是直接内存，JAVA通过这个内存区才能够获得到 java对象

9. Heap 堆

线程共享区域

通过new关键字，创建对象都会使用堆内存

特点：

它是线程共享的，所有堆中的对象都需要考虑线程安全问题
垃圾回收机制会干涉，在堆中长时间不使用的数据会被 GC 释放

9.1 堆内存溢出

/**
 * 堆内存溢出：java.lang.OutOfMemory: Java heap space
 */
public class OutOfHeap {

    public static void main(String[] args) {
        int i =0;
        try{
            ArrayList<String> integers = new ArrayList<>();
            String a = "hello";
            while (true){
                integers.add(a);
                a = a+a;
                i++;
            }

        }catch (Exception e){
            e.getStackTrace();
            System.out.println(i);
        }
    }
}

9.2 堆内存诊断

1. jps 工具（命令行）

jps（Java Virtual Machine Process Status Tool）是JDK提供的一个可以列出正在运行的Java虚拟机的进程信息的命令行工具，它可以显示Java虚拟机进程的执行主类（Main Class，main()函数所在的类）名称、本地虚拟机唯一ID（LVMID，Local Virtual Machine Identifier）等信息。另外，jps命令只能显示它有访问权限的Java进程的信息。

虽然jps命令的功能比较单一，但它使用的频率却很高。对于本地虚拟机来说，本地虚拟机唯一ID和操作系统的进程ID（PID，Process Identifier）是一致的，如果同时启动多个Java虚拟机进程，无法根据进程名称确定某个进程，我们就是使用jps命令显示主类名称的功能区分出来。

jps 虚拟机ID 进程ID

1. jmap 工具

jmap是jdk中提供的一个用来监视进程运行中的jvm物理内存的占用情况的工具。该进程内存内，所有对象的情况，例如产生了哪些对象，对象数量。当系统崩溃时，jmap 可以从core文件或进程中获得内存的具体匹配情况，包括Heap size, Perm size等。

jmap -heap pid

使用jmap会影响线上运行的应用，所以尽量不要在线上执行此命令。

在java9及以上的版本，无法通过jmap -heap pid命令查看堆内存使用情况了。

在java9以后，引入了全新的命令行工具：jhsdb

jhsdb 包含了很多的模块，对应着各个区块的功能

在java8以后版本的使用
jhsdb jmap --pid 33504 --heap
由于版本更新，JVM指令都整合在了 jhsdb 中