JVM内存结构：堆、栈、方法区

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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。

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)