JVM笔记

JVM探究

本文记录于【狂神说Java】JVM快速入门篇

面试常问:

  1. 请你谈谈你对JVM的理解?
  2. java8虚拟机和之前的变化更新?
  3. 什么是OOM，什么是栈溢出StackOverFlowError? 怎么分析?
  4. JVM的常用调优参数有哪些?
  5. 内存快照如何抓取，怎么分析Dump文件？
  6. 谈谈JVM中，类加载器你的认识

1.JVM的位置

JRE:java开发环境,包含了JVM

2.JVM的体系结构

Java栈、本地方法栈、程序计数器不会有垃圾回收，否则程序会死掉
百分之99的JVM调优都是在方法区和堆（99%是堆）中调优，Java栈、本地方法栈、程序计数器是不会有垃圾存在的。

3. 类加载器

类是模板，是抽象的，类实例化得到的对象是具体的。所有的对象反射回去得到的是同一个类模板。Java类加载器(ClassLoader)是Java运行时环境(JRE)的一部分，负责动态的将Java类加载到Java虚拟机的内存空间。

  1. 虚拟机自带的加载器
  2. 启动类(根)加载器(BootstrapClassLoader):主要负责加载核心的类库(java.lang.*等)，构造ExtClassLoader和APPClassLoader
  3. 扩展类加载器(ExtClassLoader):主要负责加载jre/lib/ext目录下的一些扩展的jar
  4. 应用程序加载器 (AppClassLoader):主要负责加载应用程序的主函数类

4.双亲委派机制

双亲委派机制：安全  
APP–>EXC—B0OT(最终执行)

1.类加载器收到类加载的请求 Application
2.将这个请求向上委托给父类加载器去完成，一 直向上委托，直到启动类加载器  Boot
3.启动加载器检查是否能够加载当前这个类，能加载就结束， 使用当前的加载器，否则， 抛出异常，通知子加载器进行加载
4.重复步骤3
5.Class Not Found异常就是这么来的
6.Null：Java调用不到。Java早期的名字：C+± -  Java = C++:去掉繁琐的东西，指针，内存管理~
Java语言保留了C的接口，这些方法就是用native（本地）修饰的，java通过native方法调用操作系统的方法

5.沙箱安全机制(了解)

Java安全模型的核心就是Java沙箱(sanddiox)，什么是沙箱？沙箱是一个限制程序运行的环境。沙箱机制就是将Java代码限定在虚拟机 (JVM) 特定的运行范围中，并且严格限制代码对本地系统资源访问，通过这样的措施来保证对代码的有效隔离，防止对本地系统造成破坏。沙箱主要限制系统资源访问，那系统资源包括什么? CPU、内存、文件系统、网络。不同级别的沙箱对这些资源访问的限制也可以不一样。

组成沙箱的基本组件

  • 字节码校验器(bytecode verifier)：确保Java类文件遵循Java语言规范。这样可以帮助Java程序实现内存保护。但并不是所有的类文件都会经过字节码校验，比如核心类。
  • 类裝载器(class loader) ：其中类装载器在3个方面对Java沙箱起作用

  1. 它防止恶意代码去干涉善意的代码;

  2. 它守护了被信任的类库边界;

  3. 它将代码归入保护域,确定了代码可以进行哪些操作。

虚拟机为不同的类加载器载入的类提供不同的命名空间，命名空间由一系列唯一的名称组成， 每一个被装载的类将有一个名字，这个命名空间是由Java虚拟机为每一个类装载器维护的，它们互相之间甚至不可见。

类装载器采用的机制是双亲委派模式。

  • 从最内层JVM自带类加载器开始加载,外层恶意同名类得不到加载从而无法使用;

  • 由于严格通过包来区分了访问域,外层恶意的类通过内置代码也无法获得权限访问到内层类，破坏代码就自然无法生效。
    ●存取控制器(access controller) :存取控制器可以控制核心API对操作系统的存取权限，而这个控制的策略设定,可以由用户指定。
    ●安全管理器(security manager) : 是核心API和操作系统之间的主要接口。实现权限控制，比存取控制器优先级高。
    ●安全软件包(security package) : java.security下的类和扩展包下的类，允许用户为自己的应用增加新的安全特性，包括:

  1. 安全提供者
  2. 消息摘要
  3. 数字签名
  4. 加密
  5. 鉴别

6.Native(面试加分项)

  • 凡是带了native关键字的，说明java的作用范围达不到了，会去调用底层c语言的库

  • 会进入本地方法栈

  • 调用本地方法本地接口 JNI (Java Native Interface)

  • JNI作用：开拓Java的使用，融合不同的编程语言为Java所用，最初: C、C++

  • Java诞生的时候C、C++横行，想要立足，必须要有调用C、C++的程序

  • 它在内存区域中专门开辟了一块标记区域: Native Method Stack，登记native方法

  • 在最终执行的时候，加载本地方法库中的方法通过JNI

  • 例如：Java程序驱动打印机，管理系统，掌握即可，在企业级应用比较少
    private native void start0();
    调用其他接口：Socket… WebService … http~

目前该方法使用的越来越少了，除非是与硬件有关的应用，比如通过Java程序驱动打印机或者Java系统管理设备，在企业级应用中已经比较少见。因为现在的异构领域间通信很发达，比如可以使用Socket通信，也可以使用Web Service等等，不多做介绍！
Native Method Stack
它的具体做法是Native Method Stack 中登记native方法，在 ( Execution Engine ) 执行引擎执行的时候加载Native Libraies。【本地库】

为什么要使用Native Method
java使用起来非常方便，然而有些层次的任务用java实现起来不容易，或者我们对程序的效率很在意时，问题就来了。
与java环境外交互：
有时java应用需要与java外面的环境交互。这是本地方法存在的主要原因，你可以想想java需要与一些底层系统如操作系统或某些硬件交换信息时的情况。本地方法正是这样一种交流机制：它为我们提供了一个非常简洁的接口，而且我们无需去了解java应用之外的繁琐的细节。
与操作系统交互：
JVM支持着java语言本身和运行时库，它是java程序赖以生存的平台，它由一个解释器（解释字节码）和一些连接到本地代码的库组成。然而不管怎 样，它毕竟不是一个完整的系统，它经常依赖于一些底层（underneath在下面的）系统的支持。这些底层系统常常是强大的操作系统。通过使用本地方法，我们得以用java实现了jre的与底层系统的交互，甚至JVM的一些部分就是用C写的，还有，如果我们要使用一些java语言本身没有提供封装的操作系统的特性时，我们也需要使用本地方法。

7.PC寄存器(了解)

程序计数器: Program Counter Register  
 每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，就是一个指针, 指向方法区中的方法字节码(用来存储指向像一条指令的地址， 也即将要执行的指令代码)，在执行引擎读取下一条指令, 是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计

8.方法区 Method Area

方法区是被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法，如构造函数，接口代码也在此定义,简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区域属于共享区间;  
 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

栈:数据结构
程序 = 数据结构＋算法︰持续学习~
程序 = 框架＋业务逻辑︰吃饭~
栈：先进后出、后进先出，桶
队列：先进先出( FIFO : First Input First Output )
为什么main()先执行，最后结束~

栈：栈内存
主管程序的运行，生命周期和线程同步；线程结束，栈内存也就释放，对于栈来说，不存在垃圾回收的问题。
一旦线程结束，栈就Over

栈：8大基本类型＋对象引用＋实例的方法
栈运行原理：栈帧

栈帧：局部变量表+操作数栈
每执行一个方法，就会产生一个栈帧。程序正在运行的方法永远都会在栈的顶部

栈满了: StackOverflowError
栈＋堆＋方法区：交互关系

10.三种JVM

  • Sun公司HotSpot java Hotspot(TM) 64-Bit server vw (build 25.181-b13，mixed mode)
  • BEA JRockit
  • IBM 39 VM
    我们学习都是：Hotspot

11.堆（重点）

Heap，一个JVM只有一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的。
类加载器读取了类文件后，一般会把什么东西放到堆中？类，方法，常量，变量~，保存我们所有引用类型的真实对象；堆内存中还要细分为三个区域：

  • 新生区（伊甸园区) Young/New
  • 养老区 old
  • 永久区 Perm
    GC：Garbage recycling
    轻GC：轻量级垃圾回收，主要是在新生区
    重GC（Full GC）：重量级垃圾回收，主要是养老区，重GC就说明内存都要爆了

GC垃圾回收，主要是在伊甸园区和养老区~
假设内存满了，OOM（Out Of memory），堆内存不够！java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
在JDK8以后，永久存储区改了个名字(元空间)；

新生区:类的诞生,成长和死亡的地方分为:

  • 伊甸园区:所有对象都在伊甸园区new出来
  • 幸存0区和幸存1区(from,to):轻GC之后存下来的

老年区(养老区)：多次轻GC存活下来的对象放在老年区

真理:经过研究，99%的对象都是临时对象!

永久区
这个区域常驻内存的。用来存放JDK自身携带的Class对象。Interface元数据，存储的是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VM虚拟就会释放这个区域的内存
一个启动类，加载了大量的第三方jar包。Tomcat部署了太多的应用，大量动态生成的反射类。不断的被加载。直到内存满，就会出现OOM;

jdk1.6之前︰永久代，常量池是在方法区;
jdk1.7：永久代，但是慢慢的退化了，去永久代，常量池在堆中
jdk1.8之后∶无永久代，常量池在元空间

方法区中那个小框是：常量池
元空间又被称为非堆，但它也是堆，也有人认为右侧区域是堆空间，只是个人理解不同。
元空间：逻辑上存在，物理上不存在 (因为存储在本地磁盘内) 而并不算在JVM虚拟机内存中，也就是并没有占堆内存。

12.使用JPofiler工具分析OOM原因

在一个项目中，突然出现了OOM故障，那么该如何排除，研究为什么出错

  • 能够看到代码第几行出错：内存快照分析工具，MAT，Jprofiler
  • Dubug，一行行分析代码!

MAT，Jprofiler作用

  • 分析Dump内存文件，快速定位内存泄露;
  • 获得堆中的数据
  • 获得大的对象
  • ……
    MAT最早集成于Eclipse中，IDEA中可以使用Jprofiles插件，在Settings—>Plugins中搜索Jprofiles，安装改插件即可使用

命令参数详解

  • -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，默以1/4
  • -XX: +PrintGCDetails // 打印GC垃圾回收信息
  • -XX: +HeapDumpOnOutOfMemoryError //OOM DUMP

13.GC算法

引用计数法:

复制算法:

to永远是干净的，空的。
新生区主要是用复制算法

第一次GC后，Eden区和to区空了，经过15次垃圾回收后依然存活下来的对象就会去养老区

  • 好处：没有内存的碎片
  • 坏处：浪费了内存空间（一个幸存区的空间永远是空：to）。假设对象100%存活（极端情况)

复制算法最佳使用场景：对象存活度较低的时候；新生区~

标记清除(压缩)算法:

  • 优点：不需要额外的空间！

  • 缺点：两次扫描，严重浪费时间，会产生内存碎片。

    小结

    • 内存效率：复制算法>标记清除算法>标记压缩算法(时间复杂度)
    • 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

思考一个问题：难道没有最优算法吗?
答案：没有，没有最好的算法，只有最合适的算法 —> GC：分代收集算法

年轻代：

  • 存活率低

  • 复制算法!

老年代:

  • 区域大：存活率

  • 标记清除 (内存碎片不是太多) + 标记压缩混合实现

posted @ 2021-07-16 09:39  憬荃  阅读(92)  评论(0)    收藏  举报