Java: почему используется фиксированный объем памяти? или как он управляет памятью?

Java работает внутри виртуальной машины, что ограничивает многие части ее поведения. Обратите внимание на термин «виртуальная машина». Он буквально работает так, как если бы машина - это отдельный объект, а базовая машина / ОС - это просто ресурсы. Значение -Xmx определяет максимальный объем памяти, который будет иметь виртуальная машина, а -Xms определяет начальную память, доступную для приложения.

ВМ является продуктом двоичного кода, который не зависит от системы - это было решение, позволяющее байтовому коду выполняться где угодно. Это похоже на эмулятор - скажем, для старых игровых систем. Это имитация «машины», на которой работает игра.

Причина возникновения OutOfMemoryException заключается в том, что виртуальная машина достигла предела -Xmx - ей буквально не хватает памяти.

Что касается небольших программ, им часто требуется больший процент памяти для виртуальной машины. Кроме того, у Java есть начальные значения -Xmx и -Xms по умолчанию (я не помню, какие они сейчас), с которых он всегда будет начинаться. Накладные расходы на виртуальную машину и библиотеки становятся гораздо менее заметными, когда вы начинаете создавать и запускать «настоящие» приложения.

Аргумент памяти, связанный с QT и т.п., верен, но это еще не все. Хотя он использует больше памяти, чем некоторые из них, они скомпилированы для определенных архитектур. Прошло некоторое время с тех пор, как я использовал QT или аналогичные библиотеки, но я помню, что управление памятью было не очень надежным, а утечки памяти все еще распространены сегодня в программах C / C ++. Приятная вещь в сборке мусора заключается в том, что она устраняет многие из распространенных ошибок, вызывающих утечки памяти. (Примечание: не все из них. Утечка памяти в Java все еще очень возможна, только немного сложнее).

Надеюсь, это поможет прояснить некоторые из ваших затруднений.

Java действительно использует malloc и free, или по крайней мере реализации JVM могут. Но поскольку Java отслеживает выделения и собирает мусор недоступных объектов, их явно недостаточно.

Что касается остальной части вашего текста, я не уверен, что там есть вопрос.

Даже некоторые очень маленькие демонстрационные приложения загружают огромные объемы памяти. Возможно, это из-за загруженной библиотеки Java. Но зачем загружать библиотеку для каждого экземпляра Java? (Кажется, так, потому что несколько небольших приложений линейно занимают больше памяти. См. Здесь некоторые подробности, где я описываю эту проблему.) Или почему это делается именно так?

Вероятно, это связано с накладными расходами на запуск и запуск JVM

Большие Java-приложения, такие как Eclipse, часто дают сбой из-за некоторого исключения OutOfMemory. Это всегда было странно, потому что в моей системе было достаточно памяти. Часто они потребляют все больше и больше памяти во время выполнения. Я не уверен, есть ли у них утечки памяти или это из-за фрагментации в пуле памяти - у меня такое ощущение, что последнее имеет место.

Я не совсем уверен, что вы имеете в виду под «частыми сбоями», поскольку не думаю, что со мной такое случалось достаточно давно. Если это так, скорее всего, это связано с настройкой «максимального размера», о которой вы говорили ранее.

Ваш главный вопрос, почему Java не использует malloc и free , зависит от целевого рынка. Java была разработана, чтобы избавить разработчика от головной боли, связанной с управлением памятью. Сборщик мусора Java достаточно хорошо справляется с освобождением памяти, когда ее можно освободить, но Java не предназначена для конкуренции с C ++ в ситуациях с ограничениями памяти.Java хорошо выполняет то, что было задумано (удаляет управление памятью на уровне разработчика), а JVM берет на себя ответственность достаточно хорошо, чтобы этого было достаточно для большинства приложений.

Чтобы ответить на часть вашего вопроса:

Java при запуске выделяет «кучу» памяти или блок фиксированного размера (параметр -Xms). На самом деле он не использует всю эту память сразу, но сообщает ОС: «Мне нужно столько памяти». Затем, когда вы создаете объекты и работаете в среде Java, он помещает созданные объекты в эту кучу предварительно выделенной памяти. Если этот блок памяти заполнится, он запросит у ОС немного больше памяти, пока не будет достигнут «максимальный размер кучи» (параметр -Xmx).

По достижении этого максимального размера Java больше не будет запрашивать у ОС больше оперативной памяти, даже если ее много. Если вы попытаетесь создать больше объектов, не останется места в куче, и вы получите исключение OutOfMemory. Теперь, если вы смотрите на Диспетчер задач Windows или что-то в этом роде, вы увидите «java.exe», использующий X мегабайт памяти. Этот вид соответствует объему памяти, который он запросил для кучи, а не фактически используемому объему памяти внутри кучи.

Другими словами, я мог бы написать приложение:

class myfirstjavaprog
{  
    public static void main(String args[])
    {
       System.out.println("Hello World!");
    }
}

которое в основном занимало бы очень мало памяти. Но если я запустил его со строкой cmd:

java.exe myfirstjavaprog -Xms 1024M

, то при запуске java немедленно запросит у ОС 1024 МБ оперативной памяти, и это то, что отобразится в диспетчере задач Windows. На самом деле этот баран не используется, но Java зарезервировал его для дальнейшего использования.

И наоборот, если бы у меня было приложение, которое пыталось создать большой массив размером 10 000 байт:

class myfirstjavaprog
{  
    public static void main(String args[])
    {
       byte[] myArray = new byte[10000];
    }
}

, но запускало его с помощью командной строки:

java.exe myfirstjavaprog -Xms 100 -Xmx 100

Тогда Java могла бы выделить только до 100 байт памяти.Поскольку массив размером 10 000 байт не помещается в 100-байтовую кучу, это вызовет исключение OutOfMemory, даже если в ОС много оперативной памяти.

Надеюсь, это имеет смысл ...

Редактировать:

Возвращаясь к «почему Java использует так много памяти»; как вы думаете, почему он использует много памяти? Если вы смотрите на то, что сообщает ОС, то это не то, что она фактически использует, а только то, что она зарезервирована для использования. Если вы хотите знать, что на самом деле использовала java, вы можете сделать дамп кучи и изучить каждый объект в куче и посмотреть, сколько памяти он использует.

Чтобы ответить «почему она просто не позволяет ОС справиться с этим?», Я полагаю, что это просто фундаментальный вопрос Java для тех, кто ее разработал. Как я на это смотрю; Java работает в JVM, которая представляет собой виртуальную машину. Если вы создаете экземпляр VMWare или любую другую «виртуализацию» системы, вам обычно необходимо указать, сколько памяти эта виртуальная система будет / может потреблять. Я считаю, что JVM похожа. Кроме того, эта модель абстрактной памяти позволяет JVM для разных ОС действовать одинаково. Так, например, Linux и Windows имеют разные модели распределения ОЗУ, но JVM может абстрагироваться от этого и следить за тем же использованием памяти для разных ОС.

Ограничения - это преднамеренное дизайнерское решение Sun. Я видел по крайней мере две другие JVM, которые не имеют такого дизайна - Microsoft и IBM для их не ПК систем AS/400. Обе растут по мере необходимости, используя столько памяти, сколько нужно.

Java не использует фиксированный размер памяти, он всегда находится в диапазоне от -Xms до -Xmx.

Если Eclipse завершает работу с ошибкой OutOfMemoryError, это означает, что ему потребовалось больше памяти, чем предоставлено параметром -Xmx (проблема конфигурации).

Java не должна использовать malloc/free (для создания объектов), поскольку ее обработка памяти значительно отличается из-за сборки мусора (GC). GC автоматически удаляет неиспользуемые объекты, что является преимуществом по сравнению с необходимостью отвечать за управление памятью.

Подробнее об этой сложной теме читайте в Tuning Garbage Collection