JVM

一、解决什么问题

1.解决Java跨平台问题的

2.解决Java如何让计算机运行的

3.解决内存的分配释放，如垃圾回收gc

4.安全性，如字节码验证，安全沙箱，异常处理

5.多线程

6.动态加载，即动态的加载和卸载代码，这样比较灵活和可扩展，如即时编译器JIT

二、如何解决的

1.跨平台？

方法：通过不同平台使用不同的JVM
问题：JVM底层是如何实现跨平台的（即不同平台哪里不一样，实质上考虑的是操作系统是在哪几个方面不一样）？

  • 二进制格式：不同操作系统上的JVM使用不同的二进制格式。例如，Windows上的JVM使用PE（Portable Executable）格式，而Linux上的JVM使用ELF（Executable and Linkable Format）格式。

  • 内存管理：不同操作系统上的JVM可能使用不同的内存管理机制。例如，Windows上的JVM使用虚拟内存管理，而Linux上的JVM使用分页机制。

  • 线程调度：不同操作系统上的JVM可能使用不同的线程调度算法。例如，Windows上的JVM使用抢占式调度算法，而Linux上的JVM使用时间片轮转调度算法。

  • 文件系统：不同操作系统上的JVM可能使用不同的文件系统接口。例如，Windows上的JVM使用Win32 API，而Linux上的JVM使用POSIX API。

  • 网络通信：不同操作系统上的JVM可能使用不同的网络通信接口。例如，Windows上的JVM使用Winsock API，而Linux上的JVM使用Socket API。

2.如何让Java在计算机上运行的？

方法：通过解释器和即时编译器来让其变成二进制机器码

3.如何实现内存管理的

4.如何实现动态加载的

三、有哪些组件

1.类加载器

a.解决什么问题？

加载字节码文件，创建Class对象

问题：字节码和Class对象有什么区别？

  • 字节码是一个执行的代码，Class对象是代表一个类或接口在内存中的表示
    （感觉上就是字节码是一个执行步骤，具体的东西是Class对象，反射则是反射出字节码、代码，这些人们能看到的，反射其实是一个相反的操作）
    （将Class对象想成也是一个模板，只不过是放在内存中，我们看不到，反射出来才能看到）
    （为什么叫动态加载，就是因为在运行时，通过Class对象来创建实例以及获取其方法或者变量）
    （为什么需要用到反射？？？，为什么需要在运行时才去加载创建对象的实例？）

问题：Class对象是什么？

  • 它是具体的东西，是实实在在的，在内存中表示某个类或者接口的东西

问题：为什么要创建Class对象？

  • 这样才能在内存中表示和管理类，那么创建之后把它放到内存当中，进入运行数据区的是是Class对象，Class对象是放在方法区当中

问题：这个Class对象有什么作用？

  • 类的验证，即安全性

  • 类的准备，预先分配类的空间，以及初始化

  • 类的解析，解析的是常量池中的符号引用

  • 类的使用，可以通过反射来实例化对象，调用方法等（实例化是像创造一个具体的人一样）

  • 总结，其实就是字节码执行的时候才能真正的创造实例

问题：为什么要实例化对象？

  • 为了创建具体的东西，比如通过一个人的模块，创建出小洪这个具体的人

b.如何解决问题的（即如何加载）？

  • 首先需要找到文件进行加载，然后验证一个格式的正确性，然后是准备静态变量的内存空间，然后是解析符号引用变为直接引用，然后是初始化即静态变量的赋值

    问题：符号引用是什么？就是常量池中的写的，这个是为了和真实地址映射，加载的时候才会变为直接引用，在加载之前是放在字节码文件中的常量池

c.组件： 使用双亲委派机制？有多少个类加载器?

  • 四个，分别为启动类加载器，扩展类加载器，应用类加载器，自定义类加载器，它们加载时查询的位置不一样，然后使用双亲委派一个个向上委派，看看哪个能够进行加载，这样可以防止重复加载

d.自己的想法：能不能不使用双亲委派去查找，因为核心类库就那么多，直接整一个hashMap去查找会不会快点，这样就是利用空间换时间

2.执行引擎

a.解决什么问题？
用来执行字节码指令的

b.如何解决问题的？
解释执行逐条解释字节码指令执行，即时编译将字节码编译为本地机器码后执行，提高执行效率。
JTT通常执行的是热点代码，然后进行优化执行效果高。
问题：JIT如何进行动态加载的？

  • 通过进行对热点数据的跟踪，然后来执行的，代码中是如何做到的？

c.组件：解释器，即时编译器JIT

3.运行时数据区

a.解决什么问题？
用来放线程私有和共享的运行时的数据（即放数据的）

b.如何解决问题的？
那放数据需要区分数据，因此有很多区域

  • 方法区：用来放Class对象的，JIT编译后的代码，线程共享

  • 程序计数器：记录当前正在执行的字节码指令的地址，线程私有；其次每次解释器或者JTT执行的时候会找它

  • 堆：放实例和数组的，线程共享

  • Java虚拟机栈：每个线程都有一个栈，线程私有，它方法调用、返回信息、局部变量等

  • 本地方法栈：用于执行本地方法的

  • 运行时常量池：字面量和符号引用

  • 直接内存：跟Java NIO有关
    问题：什么是直接内存？

  • 在代码上，其中io使用的byte来分配，而NIO使用的是ByteBuffer的来分配

4.内存管理系统-垃圾回收器


Java8之后不在堆内存中了，8之前可以用垃圾回收机制，但是8之后是JVM直接释放内存是运行时动态进行的

a.解决什么问题？
解决内存的释放

b.如何解决问题的？
不同的区域的内存解决方法不一样
方法区和堆区使用的垃圾回收机制
栈使用的是JVM自动释放的功能，即方法调用完毕就释放

问题：垃圾回收机制如何实现的（思想）？

  • 先找垃圾：引用计数和可达性分析
  • 然后再做清除操作：标记清除，复制（新生代），标记整理（老年代）

问题：具体的垃圾回收操作组件有什么？

  • serial垃圾回收器：单线程
  • parallel垃圾回收器：多线程
  • CMS垃圾回收器：解决的问题是传统垃圾回收器需要进行暂停运用程序，它可以在运行的时候进行回收，使用标记清除算法
  • G1垃圾回收器：将堆内存分为多个独立的区域，使用并发执行垃圾回收，会暂停运行的应用，并发体现在执行多个区域的垃圾

5.安全

a.解决什么问题？
解决了字节码文件错误的问题，解决了一些异常问题，限制了Java程序访问系统敏感资源的问题

b.如何解决的？

  • 字节码文件：通过在类加载器的时候进行验证
  • 系统敏感资源：通过安全沙箱机制进行限制，实现是通过安全管理器
  • 异常处理：JVM会根据程序进行try-catch的

问题：安全沙箱都对Java做出了哪一些限制：

  • 限制了其对文件系统、网络、类加载和反射、数据库、系统属性的访问

问题：安全管理器包含哪些内容：
（默认情况没有开启）

  • 安全策略文件、安全异常处理、安全策略检查、安全策略控制（通过编程的方式）

6.线程

a.解决什么问题？
解决了多线程运行的问题

b.如何解决的？
使用线程调度器（基于系统提供的机制），其算法主要是抢占式资源调用（即优先级高的先执行）
有如下几个步骤：线程创建、启动、调度、执行、阻塞、唤醒、终止

问题：start()和run()的区别？

  • 使用start方法启动线程，会创建新的线程并执行run方法中的代码。
  • 直接调用run方法只是普通的方法调用，run方法会在当前线程中执行。

7.通信接口

a.解决什么问题?
解决的是不同进程或线程之间的通信问题，即数据传输、协调操作

b.如何解决的？
使用共享内存（线程），管道和队列（线程），网络套接字（进程），远程方法调用（进程、主机）

问题：RPC是什么？

  • RPC是远程过程调用，用于实现不同主机或进程之间的方法调用和数据传输

问题：RPC有哪些框架？

  • RMI,Dubbo,spring cloud, gRPC

8.本地方法接口

a.解决什么问题？
你想调用本地方法如一些python代码的时候可以用，就像是一个预留的接口

总结：类加载器通过地址查找到字节码文件，然后创建Class对象，静态变量，放入方法区，并且将常量池放入到运行时常量池并将符号引用变为直接引用，执行引擎执行字节码文件，然后就回去对应的内存位置查找东西，并且放到对应的位置上，比如说创建实例就需要放到堆中，比如方法放到栈中，然后方法执行结束就有JVM来删除，其中使用垃圾回收机制来回收堆中和元空间的东西。
问题：执行引擎是如何查找到内存中的东西的？
它通过程序计数器可以进行记录每次的位置，而且程序计数器对应的位置上是有对应的符号引用，刚开始是逐条执行的。

四、如何使用这些组件

五、如何进行调优

1.使用性能分析工具，如 JProfiler、VisualVM可以分析内存泄漏

2.调整堆的大小

3.调整垃圾回收参数设置 -Xmx 和 -Xms 参数，防止内存溢出

4.线程调优

问题：什么时候会出现内存泄漏？

  • 在堆、栈、方法区都会出现

问题：什么是强引用，软引用？

posted @ 2023-08-04 17:00  hongyc77  阅读(46)  评论(0)    收藏  举报