Java虚拟机-终结篇-上篇

Posted 2022-11-13 fzj读你

目录

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1 java虚拟机的概述和基本概念
2 堆，栈，方法区
3 了解虚拟机参数
4 垃圾回收概念和算法、及对象的分代转换
5 垃圾收集器
6 Tomcat性能影响实验
7 性能监控工具
7 性能监控工具==---

1 java虚拟机的概述和基本概念

1.1. java虚拟机原理

所谓虚拟机，就是一台虚拟的机器。它是一款软件，用来执行一系列虚拟计算机指令，大体上虚拟机可以分**为系统虚拟机**和**程序虚拟机**,例如：Vmware，Visual Box
等属于系统虚拟机。程序虚拟机的代表是就是java虚拟机，它专门为执行单个计算机程序和设计。在java虚拟机中执行的指令，我们称为java字节码指令。无论是哪一种虚拟机，在上面运行的软件都被限制于虚拟机锁提供的资源中。Java发展至今，出现过很多虚拟机。

1.2. 基本概念
java虚拟机基本机构：

1.类加载子系统
    负责从文件系统或者从网络中获取class信息，加载信息存放在一块称之为方法区的内存空间
2.方法区
    就是存放类，常量信息，常量池，包括字符串字面量和数字常亮等。
3.java堆
    在java虚拟机启动的时候建立java堆，它是java程序最主要的内存工作区域，几乎所有的对象的实例都存放在堆中，对空间是所有线程共享的。
4.直接内存：
    java的NIO库允许java程序直接使用内存，从而提高性能，通常直接内存的速度优于java堆，读写频繁的场合可能会考虑使用。
5.java栈：
    虚拟机每个线程都有一个私有的栈，一个线程的java栈在线程创建时被创建。java栈中保存着局部变量，方法参数，同时java的方法调用，返回值等。
6.本地方法栈：
    本地方法栈跟java栈相似，最大不同是本地方法栈用于本地方法调用，java虚拟机允许java直接调用本地方法（通常使用c编写)
7.垃圾收集系统：
    这是java的核心，也是必不可少的，java有一套自己进行垃圾清理的机制，开发人员无需手工清理，系统会自动清理。
8.PC(程序计数器)寄存器：
    也是每个线程的私有空间，java虚拟机会为每个线程创建pc寄存器，在任意时刻，一个java线程的总是在执行一个方法，这个方法被称为当前方法，如果当前方法不是本地方法，pc寄存器就会执行当前正在被执行的命令，如果是本地方法，则pc寄存器之为undefined，寄存器存放入当前执行环境指针，程序计数器，操作栈指针，计算的变量指针等信息。
9.执行引擎：
    是java虚拟机最核心组件，它负责执行java虚拟机的字节码，一般是开发者用户先编译成机器码后执行。

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2 堆，栈，方法区

2.1 堆，栈，方法区概念和联系

堆解决的是数据存储问题，即数据怎么放，放在那儿
栈解决程序运行的问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据
方法区就是辅助堆栈的快永久区，解决堆栈信息的产生，是先决条件。
example：
    我们创建一个对象，Student：那么Student类信息，静态信息都存在于方法区。

而Student类实例化出来之后，被存储到java堆中，一块内存空间。
当我们去使用的时候，多事使用Student对象的使用，example: Student st=new Student();
这里的st存放在java栈中的，即Student真实对象的一个引用。

2.2辨清java堆。
java堆是和java应用程序关系最密切的内存空间，几乎所有的对象都存放在内存其中，并且java堆完全是自动化管理的，通过垃圾回收机制，垃圾对象会自动清理，不需要显示地释放。
根据垃圾回收机制不同，java对可能有不同的结构。最为常见的就是将整个java对分为新生代和老年代，其中新生代存放新生的对象或者年龄不大的对象，老年代则存放老年对象。
新生代分为eden区，s0区，s1区。s0区域和s1区域也被称为from和to区域。他们是两块大小相等并且可以互换角色的空间。（s1==so)
绝大多数情况下，对象首先分配在eden区，在一次新生代回购后，如果对象还存活，则会进入s0
或者s1区域。之后，每经过一次新生代回收，如果对象存活则它的年龄就加1，当对象达到一定的年龄后，则进入老年代。

2.3java栈
java栈是一块线程的私有空间，一个栈，一般有三个部分组成：局部变量表，操作数栈和帧数据区。
局部变量表：用于报错函数的参数及局部变量；
操作数栈：主要保存计算过程的中间结果，同时作为计算中的临时存储空间；
帧数据区：除了以上两个部分，栈还需要一些数据来支持常量池的解析，这里保存着访问常亮池的指针，方便程序访问常量池。另外，当函数返回或者出现异常是，虚拟机必须有一个异常处理表。方便发送异常的时候找到异常代码，因为异常处理表也是帧数据区的一部分。

2.4java方法区

java方法区和java堆一样。方法区是一块线程共享的内存区域，它保存系统的类信息，比如类的字段，方法，常量池等。方法区大小决定了系统可以保存多少个类。如果系统绑定太多的类，导致方法区溢出，此时虚拟机同样会跑出你内存溢出异常。方法区可以理解为永久区。

3 虚拟机参数理解

3.1虚拟机参数
在虚拟机运行过程中，如果可以跟踪系统的运行状态，那么对于问题的故障排除会有一定的帮助，为此，虚拟机提供了一些跟踪系统的参数，使用给定的参数执行java虚拟机，就可以在系统运行时打印日志，用于分析实际问题。我们进行虚拟机参数配置，其实主要是围绕，堆、栈，方法区进行配置。
3.2堆分配参数：
-XX:+PrintGC
-XX:+UseSerialGC
-XX:+PrintGCDetails
-Xms:设置java程序启动时初始堆分配大小
-Xmx:设置java程序能获得最大堆分配大小
-Xmx20m-Xms5m -XX:+PrintCommandLineFlags:可以将隐式或者显示传给虚拟机的参数输出
新生代配置：
-Xmn:可以设置新生代的大小。
-XX:SurvivorRatio=eden/from=eden/to
-XX:NewRatio=老年代/新生代
3.3堆溢出处理：
在java程序的运行过程中，如果堆空间不足。则会抛出内存溢出的错误（Out Of Memory)OOM。
一旦出现这类问题，可能导致整个业务中断，
java虚拟机提供了-XX:HeapDumpOnOutOfMemoryError,使用该参数可以在内存溢出导出整个栈的信息，与其配合的还有一个参数：
-XX:HeapDumpPath，导出路径设置
区分以下：
内存泄露：申请使用完的内存没有释放，导致虚拟机不能再次使用该内存，此时这段内存就泄露 了，因为申请者不用了，而又不能被虚拟机分配给别人用。
内存溢出：申请的内存超出了JVM能提供的内存大小，此时称之为溢出。
3.5栈配置
-Xss:指定最大栈空间。整个函数也直接决定了函数可调用的最大深度。
3.6方法区
-XX:PermSize=64M -XX:MaxPermSize=64M
3.7直接内存配置
主要争对用到内存的（跳过java堆）。
-XX:MaxDirectMemorySize,若是不设置，默认是-Xmx。实际超过，也会OOM.
3.8Client和Server虚拟机工作模式。
目前java虚拟机支持Client和Server两种运行模式。

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4 垃圾回收