JVM内存结构:堆、栈、方法区


  • 管理员

    一、定义

    1、堆:FIFO队列优先,先进先出。jvm只有一个堆区被所有线程所共享!堆存放在二级缓存中,调用对象的速度相对慢一些,生命周期由虚拟机的垃圾回收机制定。

    2、栈:FILO先进后出,暂存数据的地方。每个线程都包含一个栈区!栈存放在一级缓存中,存取速度较快,“栈是限定仅在表头进行插入和删除操作的线性表”。

    3、方法区:用来存放方法和static变量。

    二、存储的数据类型

    1、堆用来存储new出来的对象和数组

    2、栈用来存储基本类型变量和对象的引用变量的地址

    3、方法区存储方法和static变量

    三、优缺点

    1、堆的优点-可以动态的分配内存大小,生命周期不确定。缺点-速度略慢

    2、栈的优点-速度快,缺点-存在栈中的数据大小和生命周期必须是明确的,缺少灵活性。

    ea649ecb-be54-491e-ba70-8d4957870761-image.png

    四、直接内存

    直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分,也不是Java 虚拟机规范中农定义的内存区域。在JDK1.4 中新加入了NIO(New Input/Output)类,引入了一种基于通道(Channel)与缓冲区(Buffer)的I/O 方式,它可以使用native 函数库直接分配堆外内存,然后通脱一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能,因为避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据。

    • 本机直接内存的分配不会受到Java 堆大小的限制,受到本机总内存大小限制

    • 配置虚拟机参数时,不要忽略直接内存 防止出现OutOfMemoryError异常

    直接内存(堆外内存)与堆内存比较

    1. 直接内存申请空间耗费更高的性能,当频繁申请到一定量时尤为明显
    2. 直接内存IO读写的性能要优于普通的堆内存,在多次读写操作的情况下差异明显

    代码验证:

    package com.youyuan.web.controller.user;
    
    import java.nio.ByteBuffer;
    
    /**
     * 直接内存 与 堆内存的比较
     */
    public class ByteBufferCompare {
    
        public static void main(String[] args) {
            allocateCompare(); //分配比较
            operateCompare(); //读写比较
        }
    
        /**
         * 直接内存 和 堆内存的 分配空间比较
         * <p>
         * 结论: 在数据量提升时,直接内存相比非直接内的申请,有很严重的性能问题
         */
        public static void allocateCompare() {
            int time = 10000000; //操作次数
    
            long st = System.currentTimeMillis();
            for (int i = 0; i < time; i++) {
    			//ByteBuffer.allocate(int capacity) 分配一个新的字节缓冲区。
                ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(2); //非直接内存分配申请
            }
            long et = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("在进行" + time + "次分配操作时,堆内存 分配耗时:" + (et - st) + "ms");
            long st_heap = System.currentTimeMillis();
            for (int i = 0; i < time; i++) {
    			//ByteBuffer.allocateDirect(int capacity) 分配新的直接字节缓冲区。
                ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(2); //直接内存分配申请
            }
            long et_direct = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("在进行" + time + "次分配操作时,直接内存 分配耗时:" + (et_direct - st_heap) + "ms");
        }
    
        /**
         * 直接内存 和 堆内存的 读写性能比较
         * <p>
         * 结论:直接内存在直接的IO 操作上,在频繁的读写时 会有显著的性能提升
         */
        public static void operateCompare() {
            int time = 1000000000;
            ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(2 * time);
            long st = System.currentTimeMillis();
            for (int i = 0; i < time; i++) {
    			// putChar(char value) 用来写入 char 值的相对 put 方法
                buffer.putChar('a');
            }
            buffer.flip();
            for (int i = 0; i < time; i++) {
                buffer.getChar();
            }
            long et = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("在进行" + time + "次读写操作时,非直接内存读写耗时:" + (et - st) + "ms");
            ByteBuffer buffer_d = ByteBuffer.allocateDirect(2 * time);
            long st_direct = System.currentTimeMillis();
            for (int i = 0; i < time; i++) {
    			// putChar(char value) 用来写入 char 值的相对 put 方法
                buffer_d.putChar('a');
            }
            buffer_d.flip();
            for (int i = 0; i < time; i++) {
                buffer_d.getChar();
            }
            long et_direct = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("在进行" + time + "次读写操作时,直接内存读写耗时:" + (et_direct - st_direct) + "ms");
        }
    }
    

    输出:
    在进行10000000次分配操作时,堆内存 分配耗时:12ms
    在进行10000000次分配操作时,直接内存 分配耗时:8233ms
    在进行1000000000次读写操作时,非直接内存读写耗时:4055ms
    在进行1000000000次读写操作时,直接内存读写耗时:745ms

    可以自己设置不同的time 值进行比较

    分析

    从数据流的角度,来看

    非直接内存作用链:
    本地IO –>直接内存–>非直接内存–>直接内存–>本地IO
    直接内存作用链:
    本地IO–>直接内存–>本地IO

    直接内存使用场景

    • 有很大的数据需要存储,它的生命周期很长
    • 适合频繁的IO操作,例如网络并发场景

    参考

    《深入理解Java虚拟机》 –周志明

    博文:https://www.cnblogs.com/xing901022/p/5243657.html (rel=undefined)


Log in to reply