深入理解Java內存工作原理
在Java中,JVM(Java虛擬機)負責自動管理內存,用于存儲變量、類、字段等等。JVM將內存劃分為兩個區域,分別是棧(Stack)和堆(Heap)。
什么是棧
在JVM中,棧是一種高效的內存管理方式,每個線程都有自己的棧區域。棧采用堆疊的方式,將實例化的字段依次添加到內存中。不過,棧的大小是有限的,所以無法存儲整個對象。因此,原始類型和對象指針可以直接存儲在棧中,而不是整個對象。棧的名字就像它的功能一樣,只是一個堆疊的空間,無法容納大型對象。
當需要移除對象時,我們需要按照堆疊的順序逐個移除,即先移除最先添加的對象。這是因為數據在堆疊時,后添加的對象會放在先添加的對象的上方,如果不移除這些對象,就無法到達底部。簡而言之,要想取出底部的對象,必須先移除位于其上方的對象。
什么是堆
從GIF動畫中可以看到,堆的大小比棧要大,因為堆是存儲對象的主要區域。每個創建的對象都存儲在堆中,而對象的引用則存儲在棧中。這種設計方式使得棧和堆之間建立了關聯,通過棧中的引用可以訪問和操作堆中的對象。如下所示:
public List<String> test() {
String newString = "test";
List<String> testList = new ArrayList<>();
testList.add(newString);
return testList;
}
與之相反,應用程序只有一個堆。這個設計是合理的,因為我們可能需要在方法之間傳遞多個大型對象。棧主要用于存儲局部變量,可能會有多個棧存在,但它們都共享同一個堆來存儲對象。具體來說,對象的指針存儲在棧中。因此,當我們需要在方法之間傳遞對象時,不會在棧中復制整個對象,而是傳遞對象的引用。這種方式既高效又節省內存空間。
此外,堆實際上并不是一個固定的單一區域。如果你放大查看堆,你會看到4個不同的區域。
它們被稱為代(Generation)。堆建立在兩個主要代上,一個是年輕代(Young Generation),另一個是老年代(Old Generation)。年輕代又被分為三個空間,分別是Eden、Survivor 0和Survivor 1。當你學到它們的作用時,會更清楚。創建的對象首先放置在Eden空間中,然后當Eden空間滿時,對象會被移動到Survivor 0或Survivor 1。之后,創建的對象再次放置在Eden中。當Eden再次滿時,Eden和Survivor 0或1將被移動到Survivor 0或1。如果對象被移動超過五次,那么這些對象將被放置在老年代中。這意味著,現在這些對象是需要的,并且將存活在老年代中,除非失去了其引用。如果棧中沒有持有其引用的變量,這意味著該對象符合垃圾回收的條件。最后一個對性能問題非常重要,因此我們需要了解Java內存如何工作才能理解它。
Metaspace
除了之前提到的棧和堆區域外,內存中還有另一個區域,即Metaspace。Metaspace是存儲應用程序元數據的區域,它承擔著重要的任務。通常情況下,我們不需要深入了解Metaspace內部情況。Metaspace還有一個重要的功能,就是存儲靜態變量、方法和類。這也解釋了為什么靜態關鍵字可以從任何地方訪問,因為它們的存儲位置就在Metaspace中,這樣每個線程都可以方便地進行訪問。Metaspace的存在為我們提供了便利,使得靜態元素的訪問變得更加方便。
JVM啟動參數中的常用標志
可以通過設置一些標志來告訴JVM要執行的操作。以下是一些標志的示例:
- XmsNg 設置初始大小
- XmxNg 設置最大大小
- XX:NewRatio=N 年輕代與老年代的比例
- XX:NewSize=N 年輕代的初始大小
- XX:MaxNewSize=N 年輕代的最大大小