JVM、Java虚拟机

什么是java虚拟机

        可以执行 Java 字节码的虚拟机进程。java源文件被编译成能被java虚拟机执行的字节码文件。

 

java如何跨平台

        jvm会根据不用的操作系统和硬件设备，提供不同jvm。对于不同的操作系统jvm对应的质指令是不同的class文件。

 

 

Java 内存结构

       

        方法区和堆是对所有线程共享的内存区域。

        java栈，本地方法栈，程序计数器是运行线程私有的内存区域。

 

 

内存模型以及分区，需要详细到每个区放什么

    JVM 分为堆区和栈区，还有方法区，初始化的对象放在堆里面，引用放在栈里面，class 类信息常量池（static 常量和 static 变量）等放在方法区。

    方法区：存储虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，编译后的代码等数据。

    堆：初始化的对象，成员变量（非static），所有对象的实例和数组都要在堆上分配。

    栈：由栈帧组成，调用一个方法就压入一帧。帧上面存储局部变量表，操作数栈，方法出口等信息。局部变量表存放的是8大基础类型和一个应用类型，所以还是一个指向地址的指针

    本地方法栈：主要为Native方法服务。

    程序计数器：记录当前线程执行的行号。

说一下堆栈的区别

    堆是用来存放对象的，栈是用来执行程序的。

    堆大小远远大于栈。

    堆是线程共享的，栈是线程私有的。

队列和栈是什么？有什么区别？

        队列和栈都是被用来预存储数据的。

        队列允许先进先出检索元素，但也有例外的情况，Deque 接口允许从两端检索元素。

        栈和队列很相似，但它运行对元素进行后进先出进行检索。

 

怎么判断对象是否可以被回收

        引用计数器：为每个对象创建一个引用计数，有对象引用时计数器 +1，引用被释放时计数 -1，当计数器为 0 时就可以被回收。

       可达性分析：从 GC Roots 开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时，则证明此对象是可以被回收的。(解决循环引用的问题)。

Java 中都有哪些引用类型

    强引用：发生 gc 的时候不会被回收。

    软引用：有用但不是必须的对象，在发生内存溢出之前会被回收。

    弱引用：有用但不是必须的对象，在下一次GC时会被回收。

    虚引用（幽灵引用/幻影引用）：无法通过虚引用获得对象，用 PhantomReference 实现虚引用，虚引用的用途是在 gc 时返回一个通知。

 

 

 JVM 有哪些垃圾回收算法

    标记-清除算法：标记无用对象，然后进行清除回收。缺点：效率不高，无法清除垃圾碎片。

    标记-整理算法：标记无用对象，让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清除掉端边界以外的内存。

    复制算法：按照容量划分二个大小相等的内存区域，当一块用完的时候将活着的对象复制到另一块上，然后再把已使用的内存空间一次清理掉。  

        缺点：内存使用率不高，只有原来的一半。

     分代算法：根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般是新生代和老年代，新生代基本采用复制算法，老年代采用标记整理算法。

 

JVM 有哪些垃圾回收器

    1.Serial：最早的单线程串行垃圾回收器。（单cpu效率最高，是Client模式的默认垃圾回收器）

    

    2.Serial Old：Serial 垃圾回收器的老年版本，同样也是单线程的，可 以作为 CMS 垃圾回收器的备选预案。

    

   3.ParNew：是 Serial 的多线程版本。  

 

    4.Parallel Scavenge和 ParNew 收集器类似是多线程的，但 Parallel 是吞吐量优先的收集器，可以牺牲等待时间换取系统的吞吐量。

    

    5. Parallel Old 是 Parallel 老生代版本，Parallel 使用的是复制的内存回收算法，Parallel Old 使用的是标记-整理的内存回收算法。

    

    6.CMS：一种以获得最短停顿时间为目标的收集器，非常适用 B/S 系统。

    

    7.G1：一种兼顾吞吐量和停顿时间的 GC 实现，是 JDK 9 以后的默认 GC 选项。

 

 新生代垃圾回收器和老生代垃圾回收器都有哪些？有什么区别？

    新生代回收器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge

  

    老年代回收器：Serial Old、Parallel Old、CMS

 

    整堆回收器：G1

 

    新生代垃圾回收器一般采用的是复制算法，复制算法的优点是效率高。

            缺点是内存利用率低；

 

    老年代回收器一般采用的是标记-整理的算法进行垃圾回收。

 

详细介绍一下 CMS 垃圾回收器？

    

    CMS 是英文 Concurrent Mark-Sweep 的简称。

    是以牺牲吞吐量为代价来获得最短回收停顿时间的垃圾回收器。

    对于要求服务器响应速度的应用上，这种垃圾回收器非常适合。

    在启动 JVM 的参数加上“-XX:+UseConcMarkSweepGC”来指定使用 CMS 垃圾回收器。

    CMS 使用的是标记-清除的算法实现的，所以在 gc 的时候回产生大量的内存碎片，当剩余内存不能满足程序运行要求时，系统将会出现 Concurrent Mode Failure，临时 CMS 会采用 Serial Old 回收器进行垃圾清除，此时的性能将会被降低。

    三色标记算法：

            白色：未被标记的对象。

            灰色：自身被标记，成员变量未被标记。

            黑色：自身和成员变量均已标记完成。

 

Java中Stop-The-World机制简称STW，是在执行垃圾收集算法时，Java应用程序的其他所有线程都被挂起（除了垃圾收集帮助器之外）。Java中一种全局暂停现象，全局停顿，所有Java代码停止，native代码可以执行，但不能与JVM交互；这些现象多半是由于gc引起。

 

CMSbug解决：Incremental Update

任何垃圾回收器都有STW，降低STW时间，最好不产生。

 JVM 调优和调优的工具？

         JDK 的 bin 目录下，其中最常用的是 jconsole 和 jvisualvm 这两款视图监控工具。

【还有jps、jstack、jmap、jhat、jstat、hprof等小巧的工具.https://blog.csdn.net/a116385895/article/details/107635628】

         jconsole：用于对 JVM 中的内存、线程和类等进行监控；

         jvisualvm：JDK 自带的全能分析工具，可以分析：内存快照、线程快照、程序死锁、监控内存的变化、gc 变化等。

        命令：top jps jstack

            建议用 arthas

            定位问题 ：jmap

            Jad反编译类

            tarce 追踪

            more         

            redefine  热更新

            案例：线程池（产生任务积压。以致于OOM）

1.监控GC的状态

使用各种JVM工具，查看当前日志，分析当前JVM参数设置，并且分析当前堆内存快照和gc日志，根据实际的各区域内存划分和GC执行时间，觉得是否进行优化。

举一个例子： 系统崩溃前的一些现象：

• 每次垃圾回收的时间越来越长，由之前的10ms延长到50ms左右，FullGC的时间也有之前的0.5s延长到4、5s
• FullGC的次数越来越多，最频繁时隔不到1分钟就进行一次FullGC
• 年老代的内存越来越大并且每次FullGC后年老代没有内存被释放

之后系统会无法响应新的请求，逐渐到达OutOfMemoryError的临界值，这个时候就需要分析JVM内存快照dump。

2.生成堆的dump文件

通过JMX的MBean生成当前的Heap信息，大小为一个3G（整个堆的大小）的hprof文件，如果没有启动JMX可以通过Java的jmap命令来生成该文件。

3.分析dump文件

打开这个3G的堆信息文件，显然一般的Window系统没有这么大的内存，必须借助高配置的Linux，几种工具打开该文件：

• Visual VM
• IBM HeapAnalyzer
• JDK 自带的Hprof工具
• Mat(Eclipse专门的静态内存分析工具)推荐使用

备注：文件太大，建议使用Eclipse专门的静态内存分析工具Mat打开分析。

4.分析结果，判断是否需要优化

如果各项参数设置合理，系统没有超时日志出现，GC频率不高，GC耗时不高，那么没有必要进行GC优化，如果GC时间超过1-3秒，或者频繁GC，则必须优化。

注：如果满足下面的指标，则一般不需要进行GC：

• Minor GC执行时间不到50ms；
• Minor GC执行不频繁，约10秒一次；
• Full GC执行时间不到1s；
• Full GC执行频率不算频繁，不低于10分钟1次；

5.调整GC类型和内存分配

如果内存分配过大或过小，或者采用的GC收集器比较慢，则应该优先调整这些参数，并且先找1台或几台机器进行beta，然后比较优化过的机器和没有优化的机器的性能对比，并有针对性的做出最后选择。

6.不断的分析和调整

通过不断的试验和试错，分析并找到最合适的参数，如果找到了最合适的参数，则将这些参数应用到所有服务器。

 

常用的 JVM 调优的参数都有哪些？

• -Xms ：s为strating，表示堆内存起始大小
• -Xmx： x为max，表示最大的堆内存

（一般来说-Xms和-Xmx的设置为相同大小，因为当heap自动扩容时，会发生内存抖动，影响程序的稳定性）

• -Xmn：n为new，表示新生代大小

 

-XX:SurvivorRator=8：表示堆内存中新生代、老年代和永久代的比为8:1:1

 

-XX:PretenureSizeThreshold=3145728：表示当创建（new）的对象大于3M的时候直接进入老年代

 

-XX:MaxTenuringThreshold=15：表示当对象的存活的年龄（minor gc一次加1）大于多少时，进入老年代

 

-XX:-DisableExplicirGC：表示是否（+表示是，-表示否）打开GC日志

 

 

年轻代的对象每熬过一次Minor GC，年龄就加一岁。默认15岁时，就会进入老年代。

不过这个条件并非绝对，如果Survivor中相同年龄的对象总和大于Survivor空间的一半，那么年龄大于等于该年龄的对象可以直接晋升到老年代。

 

流程：

新建的对象再新生代中，如果新生代内存不够，就进行Minor GC释放掉不活跃对象；如果还是不够，就把部分活跃对象复制到老年代中，如果还是不够，就进行MajorGC释放老年代，如果还是不够，JVM会抛出内存不足，发生oom，内存泄漏。