Java虚拟机JVM组成

Posted 2021-07-04 白-胖-子

JVM

• Java虚拟机。
• Java程序源代码编译为中间码即字节码后,再运行在JVM之上。
• JDK 使用Oracle官方Java虚拟机HotSpot VM
• 安卓 使用Google自研Java虚拟机Dalvid

JVM 组成部分

Class Loader Subsystem 类加载子系统:

• 使用Java语言编写.java Source Code文件，通过javac编译成.class Byte Code文件。
• class loader类加载器将所需所有类加载到内存，必要时将class类实例化成实例
• 把一个具体的class模板生成一个具体的资源叫做实例化

Runtime Data Areas 运行时数据区:

• java运行时的内存空间
• 最消耗内存的空间,需要优化
• JVM运行时数据区域由下面部分构成：
  1. Method Area
  2. Heap
  3. Java stack
  4. Program Counter Register
  5. Native Method Stack

1. Method Area 方法区域 元空间（JDK8） (线程共享)：

• 方法区是所有线程共享的内存空间，存放已加载的类信息(构造方法,接口定义),常量(final),静态变量(static), 运行时常量池等。
• 实例变量并不存放在方法区域，存放在堆内存中。
• 从JDK8开始此空间由永久代改名为元空间。

2. Heap 堆 (线程共享)：

• 堆在虚拟机启动时创建,存放创建的所有对象信息。
• 如果对象无法申请到可用内存将抛出OOM异常.
• 堆是靠GC垃圾回收器管理的,通过-Xmx -Xms 指定最大堆和最小堆空间大小
• 存放的都是大的资源
• 由class类生成的对象，意为实例，存放的空间
• FIFPO先进先出，吃多了上厕所
• 堆内经常创建和销毁对象，内存也就经常使用和被销毁，会产生内存碎片

3. Java stack 私有栈 (线程私有)：

• Java栈是每个线程会分配一个栈，存放java中8大基本数据类型,对象引用,实例的本地变量,方法参数和返回值等,
• 基于FILO()（First In Last Out）,每个方法为一个栈帧
• java给每个线程分配一个栈
• 存放了对象引用实例和本地变量
• 基于FILO，先进后出，喝多了吐

4. Program Counter Register 程序（指针）计数器 (线程私有)：

• PC寄存器就是一个指针,指向方法区中的方法字节码,每一个线程用于记录当前线程正在执行的字节码指令地址。
• 由执行引擎读取下一条指令。因为线程需要切换，当一个线程被切换回来需要执行的时候，知道执行到哪里了。

5. Native Method Stack 本地方法栈 (线程私有)：

• 本地方法栈为本地方法执行构建的内存空间，存放本地方法执行时的局部变量、操作数等。
• 所谓本地方法，使用native 关健字修饰的方法,比如:Thread.sleep方法. 简单的说是非Java实现的方法，
• 例如操作系统的C编写的库提供的本地方法，Java调用这些本地方法接口执行。
• 本地方法应该避免直接编程使用，因为Java可能跨平台使用，如果用了Windows API，换到了Linux平台部署就有了问题。

Execution Engine 执行引擎:

• 包括JIT (Just-InTime-Compiler)即时编译器, GC垃圾回收器

JustInTimeCompiler (JIT) 即时编译器

• 即时编译器是一个把Java程序转换成二进制的程序。
• JIT编译是动态编译的一种。
• JIT编译（just-in-time compilation）是当某段代码即将第一次被执行时进行编译，因而叫“即时编译”。
• JIT 渲染引擎直接将网站最新内容从数据库渲染给访问用户
• 计数器超过阈值溢出，触发JIT编译。

Garbage Collection (GC) 垃圾回收器

• JVM垃圾收集器是JVM内存回收算法的具体实现，表现为具体的执行策略。
• JDK 1.8 默认的垃圾回收器：PS + ParallelOld,所以大多数都是针对此进行调优

代相关回收器

• 年轻代三个：Serial,PS,ParNew
• 老年代三个：Serial Old,PS Old,CMS,
• CMS号称200毫秒以内
• 单独的串行就不用了
• 年轻代和老年代配合使用

新生代串行收集器Serial：

• 单线程、独占式串行，采用复制算法,简单高效但会造成STW

新生代并行回收收集器PS(Parallel Scavenge)：

• 多线程并行、独占式，会产生STW, 使用复制算法关注调整吞吐量,此收集器关注点是达到一个可控制的吞吐量
• Parallel Scavenge 收集器具有自适应调节策略，它可以将内存管理的调优任务交给虚拟机去完成。
• 自适应调节策略也是Parallel Scavenge与 ParNew 收集器的一个重要区别。

新生代并行收集器ParNew：

• 是Serial 收集器的多线程版,将单线程的串行收集器变成了多线程并行、独占式,使用复制算法,相当于PS的改进版
• 经常和CMS配合使用,关注点是尽可能地缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间，适合需要与用户交互的程序，良好的响应速度能提升用户体验

老年代串行收集器Serial Old：

• Serial Old是Serial收集器的老年代版本,单线程、独占式串行，回收算法使用标记压缩

老年代并行回收收集器Parallel Old：

• 多线程、独占式并行，回收算法使用标记压缩，关注调整吞吐量
• Parallel Old收集器是Parallel Scavenge 收集器的老年代版本，这个收集器是JDK1.6之后才开始提供
• Parallel Scavenge 收集器无法与CMS收集器配合工作,因为一个是为了吞吐量，一个是为了客户体验（也就是暂停时间的缩短）

老年代CMS 并发标记清除算法收集器 Concurrent Mark Sweep ：

• 在某些阶段尽量使用和工作线程一起运行，减少STW时长(200ms以内), 提升响应速度,是互联网服务端BS系统上较佳的回收算法
• 分为4个阶段：初始标记、并发标记、重新标记、并发清除，在初始标记、重新标记时需要STW。

代无关回收器

• 新版本中不再区分年轻代和老年代
• G1 回收器 在Tomcat9已经作为默认回收期了达到10毫秒之内

G1收集器 Garbage First ：

• 最新垃圾回收器，从JDK1.6实验性提供，JDK1.7发布，其设计目标是在多处理器、大内存服务器端提供优于CMS收集器的吞吐量和停顿控制的回收器。
• JDK9将G1设为默认的收集器,建议 JDK9版本以后使用。
• 基于标记压缩算法,不会产生大量的空间碎片，有利于程序的长期执行。
• 分为4个阶段：初始标记、并发标记、最终标记、筛选回收。并发标记并发执行，其它阶段STW只有GC线程并行执行。
• G1收集器是面向服务端的收集器，它的思想就是首先回收尽可能多的垃圾（这也是Garbage-First名字的由来）
• G1能充分的利用多CPU，多核环境下的硬件优势，使用多个CPU来缩短STW停顿的时间(10ms以内)。
• 可预测的停顿：这是G1相对于CMS的另一大优势，G1和CMS一样都是关注于降低停顿时间，但是G1能够让使用者明确的指定在一个M毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集的时间不得超过N毫秒。
• 通过-XX+UseG1GC选项指定使用G1

ZGC收集器: 减少SWT时长(1ms以内), 可以PK C++的效率,目前实验阶段

Shenandoah收集器: 和ZGC竞争关系,目前实验阶段

Epsilon收集器: 调试 JDK 使用,内部使用,不用于生产环境

Native Method Interface 本地方法接口:

• 将本地方法栈通过JNI(Java Native Interface)调用Native Method Libraries,
• 比如:C,C++库等,扩展Java功能,融合不同的编程语言为Java所用
• JVM与本地库的交互接口