JVM

JVM

1. JVM的位置

操作系统之上，JRE包含JVM。

2. JVM体系结构

.java -> class file -> 类加载器 Class Loader -> 运行时数据区（方法区 Method Area、Java栈 Stack、本地方法栈 Native Method Stack、堆 Heap、程序计数器） -> 执行引擎/本地方法接口

3. 类加载器

加载Class文件：收到类加载的请求，向上委托，向下加载。

• 虚拟机自带的加载器

• 启动类（根）加载器

• 扩展加载器

• 应用程序加载器

报错：Class Not Found / null（Java调用不到，C/C++）

4. 双亲委派机制

安全

APP ->EXC ->BOOT（最终执行）

5. 沙箱安全机制

沙箱是一个限制程序运行的环境。引入域的概念，差异化代码执行权限。

基本组成：

• 字节码校验器：确保Java类文件遵循Java语言规范。

• 类装载器：采用双亲委派机制。防止恶意代码干涉善意代码；守护被信任的类库边界；将代码归入保护域，确定代码的可运行操作。

  • 存取控制器

  • 安全管理器

  • 安全软件包（安全提供者、消息摘要、数字签名、加密、鉴别）

6. Native

达不到Java的作用范围，会进入本地方法栈，调用本地方法接口JNI（底层C语言的库）。

扩展Java的使用，融合不同编程语言为Java所用。

7. PC寄存器 Program Counter Register

线程私有。指针，指向方法区中的方法字节码。

8. 方法区 Method Area

所有线程共享的公共区间。

静态变量、常量、类信息（构造方法、接口定义）、运行时的常量池存在方法区中，但是实例变量存在堆内存中，和方法区无关。

static final Class 常量池

9. 栈

程序 = 数据结构 + 算法

栈 ：一种数据结构。后进先出LIFO（last-in,first-out）。

队列：FIFO（first-in,first-out）。

线程结束，栈内存就释放，不存在垃圾回收。

栈运行原理：栈帧。

实例化过程：分配内存 -> 赋默认值 -> 执行构造方法

10. 三种JVM

• Sun公司 HotSpot

• BEA JRockit

• IBM J9VM

11. 堆 Heap

堆内存大小可调节。

区域：新生区（伊甸园）、养老区、永久区（元空间）。

堆内存不够OOM（OutOfMemoryError:java heap space）。

12. 新生区、老年区

新生区包括伊甸园、幸存区0区、幸存区1区。（幸存区动态调整 from...to...）

13. 永久区

这个区域常驻内存，存放JDK自身携带的Class对象、Interface元数据，也就是存储Java运行时的一些环境或类信息。这个区域不存在垃圾回收。关闭虚拟机就会释放这个区域的内存。

• jdk1.6之前：永久代，常量池在方法区。

• jdk1.7：去永久代，常量池在堆中。

• jdk1.8之后：五永久代，常量池在元空间。

元空间逻辑上存在，物理上不存在。

14. 堆内存调优

处理OOM故障：

• 内存快照分析工具，MAT、Jprofiler

  • 分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏

  • 获得堆中的数据

  • 获得大的对象

• Debug

-Xms //设置初始化内存分配大小，默认1/64 
-Xmx //设置最大分配内存，默认1/4 
-XX:+PrintGCDetails //打印GC垃圾回收信息 
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError //oom DUMP

15. GC：垃圾回收

作用区域：方法区、堆。

大部分时候回收的都是新生代。

分类：

• 轻GC（普通的GC）

• 重GC（全局GC）

算法：

• 标记清除法（优点：不需要额外的空间。缺点：两次扫描严重浪费时间，会产生内部碎片。）

• 标记压缩（优点：再次扫描，向一端移动存活的对象，防止内存碎片产生。缺点：多了移动成本。）

• 复制算法（优点：没有内存碎片。缺点：浪费内存空间。适用场景：对象存活度较低，如新生区。）

• 引用计数器

排序：

• 内存效率（时间复杂度）：复制算法 > 标记清除算法 > 标记压缩算法

• 内存整齐度：复制算法 = 标记压缩算法 > 标记清除算法

• 内存利用率：标记压缩算法 > 标记清除算法 > 复制算法

GC分代收集算法：

• 年轻代：复制算法

• 老年代：标记清除 + 标记压缩 混合实现

16. JMM (Java Memory Model)

Java内存模型。

缓存一致性协议。保证Java程序在多线程环境下主内存和工作内存结果一致。

核心特性：

• 原子性 Atomicity

• 可见性 Visibility

  • 实现方式： volatile、synchronized、final 都能保证可见性。

• 有序性 Ordering

  • 实现方式： volatile 和 synchronized 可以禁止指令重排序。