JVM内存结构——堆、栈、方法区、直接内存、堆和栈区别

wujiangping 2018-10-31

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。

JVM内存结构——堆、栈、方法区、直接内存、堆和栈区别

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

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

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.xnccs.cn.share;

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

*

* 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

*

* 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

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