JVM探究

Posted 2021-06-26 轻舟一曲

探究

1. 谈谈对JVM的理解？java8虚拟机和之前的变化更新？

2. 什么是OOM，什么是栈溢出？怎么分析？

3. JVM的常用调优参数有哪些？

4. 内存快照如何抓取，怎么分析Dump文件？

5. 谈谈JVM的类加载器？ rt-jat ext application

6. 百度

7. 思维导图 （在线找或者自己动手画）

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JVM的位置

JVM的体系结构

方法调优99%都是在调堆。

JVM的类加载器

作用：加载class文件。

1. 虚拟机自带的加载器
2. 启动类（根）加载器
3. 拓展类加载器
4. 应用程序（系统类）加载器

第3个在rt.jar包内，第2个拓展加载器在jre/lib/ext文件夹下

双亲委派机制

定义

当某个类加载器需要加载某个.class文件时，它首先把这个任务委托给他的上级类加载器，递归这个操作，如果上级的类加载器没有加载，自己才会去加载这个类。

安全：

加载器：APP->EXT->BOOT(最终执行)

若BOOT没有：：(最终执行)APP<-EXT<-BOOT

沙箱安全机制

沙箱演进

JDK1.0

JDK1.1

JDK1.2

JDK1.6

沙箱组件

1. 字节码校验器：确保Java类文件遵循Java语言规范，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。 (检查时异常)

2. 类加载器：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，他们之间互不可见。

   在3个方面对沙箱起作用：

   • 防止恶意代码去干涉善意代码； //双亲委派机制
   • 守护被信任的类库边界； //双亲委派机制
   • 将代码归入保护域，确定代码可以进行哪些操作。 //沙箱机制
   
3. 

native本地方法接口

public static void main(String[] args) {
    new Thread(()->{
        System.out.println("Thread start..");
    },"my thread name").start();
}

native：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->进入本地方法栈->调用本地方法本地接口JNI。

native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接口。

JNI作用：拓展Java的使用，融合不同的编程语言为Java所用。

应用了解即可：Java程序驱动机，管理系统，Robot。

PC寄存器

方法区

方法区只存放：static final class 常量池

是堆中占内存比较小的。

栈

数据结构。

栈–队列；

LIFO：后进先出；

栈：栈内存，主管程序的运行，生命周期和线程同步，线程结束，栈内存释放。

对于栈来说不存在垃圾回收，线程结束栈释放。

栈存放的东西：8大基本类型+对象引用+实例的方法

栈运行原理：栈帧。

程序正在执行的方法一定是在栈顶部。

栈堆：

main方法先执行，后结束。

无限压栈溢出：

面试题：详解JAVA对象实例化过程

1 对象的实例化过程

• 对象的实例化过程是分成两部分：类的加载初始化，对象的初始化
• 要创建类的对象实例需要先加载并初始化该类，main方法所在的类需要先加载和初始化
• 类初始化就是执行方法，对象实例化是执行方法
• 一个子类要初始化需要先初始化父类

2 类的加载过程

• 类的加载机制:如果没有相应类的class，则加载class到方法区。对应着加载->验证->准备->解析–>初始化阶段

  • 加载：载入class对象，不一定是从class文件获取，可以是jar包，或者动态生成的class

  • 验证：校验class字节流是否符合当前jvm规范

  • 准备：为 类变量 分配内存并设置变量的初始值( 默认值 )。如果是final修饰的对象则是赋值声明值

  • 解析：将常量池的符号引用替换为直接引用

  • 初始化：执行类构造器( 注意不是对象构造器 )，为 类变量 赋值，执行静态代码块。jvm会保证子类的执行之前，父类的先执行完毕

• 其中验证、准备、解析3个部分称为 连接

• 方法由 静态变量赋值代码和静态代码块 组成；先执行类静态变量显示赋值代码，再到静态代码块代码。

3 触发类加载的条件

• 第一次创建类的新对象时， 会触发类的加载初始化和对象的初始化函数执行，这个是实例初始化，其他6个都是类初始化

• JVM启动时会先加载初始化包含main方法的类

• 调用类的静态方法（如执行invokestatic指令）

• 对类或接口的静态字段执行读写操作（即执行getstatic、putstatic指令）；不过final修饰的静态字段的除外(已经赋值，String和基本类型，不包含包装类型)，它被初始化为一个编译时常量表达式

  • 注意 ：操作静态字段时，只有直接定义这个字段的类才会被初始化；如通过其子类来操作父类中定义的静态字段，只会触发父类的初始化而不是子类的初始化

• 调用JavaAPI中的反射方法时(比调用java.lang.Class中的方法(Class.forName)，或者java.lang.reflect包中其他类的方法)

• 当初始化一个类时，其父类没有初始化，则需先触发父类的初始化(接口例外)

4对象的实例化过程

• 对象实例化过程其实就是执行类构造函数 对应在字节码文件中的()方法(称之为实例构造器)；()方法由 非静态变量、非静态代码块以及对应的构造器组成

  • ()方法可以重载多个，类有几个构造器就有几个()方法
  • ()方法中的代码执行顺序为：父类变量初始化，父类代码块，父类构造器，子类变量初始化，子类代码块，子类构造器。

• 静态变量，静态代码块，普通变量，普通代码块，构造器的执行顺序:

  

• 具有父类的子类的实例化顺序如下:

  

5类加载器和双亲委派规则，如何打破双亲委派规则

• 类加载器

  • 通过一个类的全限定名来获取 描述此类的二进制字节流 ，实现这个动作的代码模块称为类加载器

  • 任意一个类都需要其加载器和类本身来确定类在JVM的唯一性；每个类加载器都有自己的类名称空间，同一个类class由不同的加载器加载，则被JVM判断为不同的类

    

• 双亲委派模型

  • 启动类加载器有C++代码实现，是虚拟机的一部分。负责加载lib下的类库

  • 其他的类加载器有java语言实现，独立于JVM，并且继承ClassLoader

  • extention ClassLoader负责加载libext目录下的类库

  • application ClassLoader 负责加载用户路径下(ClassPath)的代码

  • 不同的类加载器加载同一个class文件会导致出现两个类。而java给出解决方法是下层的加载器加委托上级的加载器去加载类，如果父类无法加载(在自己负责的目录找不到对应的类)，而交还下层类加载器去加载。如下图:

    

• 打破双亲委派模型

  • 双亲委派模型并不是一个强制的约束模型，而是java设计者推荐给开发者的类加载实现方式
  • 双亲委派模型很好的解决各个类加载基础类的同一问题(越基础的类由越上层的加载器加载)，但是基础类总是作为用户代码调用的API，但是如果它的具体实现是下层的代码，此时基础类需要调用下层的代码，则需要打破双亲委派模型
  • 如JNDI服务，JNDI的代码有启动类去加载(rt.jar)，它需要调用由独立厂商部署在应用程序classpath下的JNDI的SPI(Service Provider Interface)代码。为了解决SPI代码加载问题，java引入了线程上下文类加载器去加载SPI代码。也就是父类加载器请求子类去完成类的加载动作
  • 线程上下文类加载器，线程创建时会从父线程继承，如果全局范围没有设置过，则默认设置为application Class Loader

3种JVM

堆

Heap，一个JVM只有一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的。

堆内存中细分三个区域：新生区(伊甸园区)，老年区，永久区。

GC垃圾回收主要是在伊甸园区和老年区。

假设堆内存满了，OOM，内存爆了

JDK8以后，永久区改了名字（元空间）

新生区

• 类诞生和成长甚至死亡的地方；
• 伊甸园区：所有对象都是在这个区new出来的；
• 幸存者区0，幸存者区1。

老年区

永久区

关闭JVM才会释放这个内存。

一个启动类，加载了大量的三方jar包。比如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，报OOM错误。

方法区里面还有一小块放常量池。

测试堆大小

默认分配总内存是电脑内存的1/4.

初始化内存是1/64.

修改参数

OOM报错解决思路

JProfiler

面试问题

关联IDEA：

安装：

测试：

-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

-XX:+HeapDumOnOutOfMemoryError

GC垃圾回收器常用算法

GC常见面试题：

• JVM的内存模型和分区，详细到每个区放什么东西？
• 堆里面的分区有哪些？Eden,from,to 老年区，都有什么特点！
• GC算法有哪几种？标记清除算法，标记压缩，复制算法，引用计数器，怎么用的？
• 轻GC和重GC分别在什么时候发生？

JVM并不采用这种方式，并不高效。

GC复制算法

新生代用的主要是复制算法：

没有被GC掉的对象就会被复制到下一个区域。to区不能有对象，当GC时先将to区对象复制到from区。

每次GC过后：Eden区和to区是空的。

好处：没有内存碎片。

坏处：多一个幸存区，浪费一半的空间。

极端情况：对象100%存活就都复制！

最佳使用场景：对象存活度较低的时候。

GC标记清除算法

优点：不需要额外的空间。

缺点：时间成本，两次扫描，产生内存碎片。

GC标记压缩

对前者的优化。

压缩：防止内存碎片。

多了一个移动成本。

GC总结

面试问题：有没有最优的GC算法？没有最好的算法，只有最合适的算法。

所以GC也被称为分代收集算法。

内存调优调的就是最后标记清除什么时候清除。

JMM

Java内存模型。

定义

作用

从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存（Main Memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（Local Memory），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存、写缓冲区、寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

JMM内存模型带来的问题：

1. 可见性问题：CPU中运行的线程从主存中拷贝共享对象obj到它的CPU缓存，把对象obj的count变量改为2。但这个变更对运行在右边CPU中的线程不可见，因为这个更改还没有flush到主存中：要解决共享对象可见性这个问题，我们可以使用java volatile关键字或者是加锁。

JMM是一个抽象的概念，本质是需要学习线程同步机制：

学习三部曲：

• 是什么？
• 有什么用？
• 面试问什么？