[ JVM ] 螺丝刀学习笔记之 —— 重学JVM概览

Posted 2023-01-12 削尖的螺丝刀

这里是螺丝刀本人在学习JVM专栏时，结合自己理解对一些重点概览做的提炼总结，为方便自己学习和记忆，也更加欢迎感兴趣的童鞋一起交流探讨。

JVM是如何运行JAVA文件的？

• Java文件在打包成jar或者war后会变成Class文件，在容器里面调用JVM，时候就会加载class文件

  • 加载的过程： 加载 —— 连接（校验，准备（在这里会设置内存空间，并给static赋默认值，finalstatic直接赋值放在常量池，这个必须记住），解析） —— 初始化（在这里会调用静态方法） —— 使用 —— 销毁
  • 加载方式： 双亲委派
  • 加载时机：
    • main方法中
    • new 对象的时候
    • 加载对象的时候发现有父类没加载也会加载

• Tomcat的web容器是如何加载Java文件的？

JVM内存模型的一些介绍

• class文件在1.8以前是放在永久代的方法区，1.8以后取消了永久代，放在了元空间（系统内存大小）
• 线程私有：
  • 程序计数器： 因为我们编译好的代码都是在字节码文件中的，而字节码文件中标明了各代码的执行顺序，JVM会根据 字节码引擎运行程序计数器，执行字节码中的代码，这个程序计数器是各线程私有的
  • 虚拟机栈： 为什么叫栈呢？因为线程每执行一个方法就调用对应的栈帧会做一次压栈。栈帧里有：
    • 栈帧中保存了局部变量表（这也是为什么局部变量是线程私有的，线程安全），这里面的变量指向堆中的具体对象。
    • 操作数栈
    • 动态链接
    • 方法出口
  • 本地方发栈： 里面的所有代码都不是JAVA写的，而是C写的native方法。

在说到内存模型的时候，一定脑子里要有一个动的图，比如

1.类会被加载到metaSpace，然后初始化等 —— 2.线程启动会有程序计数器指定方法的执行的顺序 ——> 3.每个线程中有栈帧（包含局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口），每个方法执行的时候都会和局部变量被压入栈中。4 ——> 每个栈帧中的局部变量都会指向堆中的具体对象。 ——> 5. 如果是执行的本地native方法则会在本地方法栈中做压栈。

一个方法执行完后会怎样？

• 虚拟机栈中的栈帧全部会出栈，这时没有对象再指向堆中了，也就是说没有了GCROOT（局部变量可作为GCROOT）的引用，可以被回收

为什么要区分内存空间？

• 因为内存资源是有限的，我们要做合理的区分和管理，比如有些对象是朝生夕死的，所以就要放再年轻代中做多次GC来判定是否该去老年代存储。

一个Java对象在堆内占多少内存空间？

• 首先，内存空间占用分为两块（1.对象本身信息、2.对象中的变量数据所占用的空间）

对其填充： jvm内存占用是8的倍数，所以结果要向上取整到8的倍数

方法区（mataSpace内会不会进行回收？）

关于垃圾回收（题目为：对象在JVM如何分配的？如何流转的？）

• 回收时间，空间快满（Eden和S1都满了）的时候会发生回收，分配是会先在年轻代（Eden）分配，如果满了回收后的晋升机制如下
  • 新生代回收后的晋升机制：
    • 年龄回收机制： 一次回收代表一次年龄增长，如果躲过15次回收就代表15岁了，在JVM中，新生代默认躲过15次回收的会被放入老年代(可通过-XX: MaxTenuringThreshold设置这个阈值)。
    • 大对象回收机制： 特别大的对象（默认超过1M，-XX: PretenureSizeThreshold可设置）会直接进入老年代
    • 动态年龄判断机制 ： Suviver中的数据量总大小 超过了这块Suviver**区域的50%**会直接进入老年代
    • 空间担保机制： （暂时这样写，之后可能要改和完善），如果超过了整个年轻代可回收的数据量，则全部会直接进入老年代，如果老年代也满了则会发生MajorGC或者OOM

偏门问题：方发栈中的对象会被回收吗？ —— 当出栈以后，局部变量就直接从内存中清理掉了

关于参数设置：

• 如何设置？

  • 开发环境，IDEA中有一个Debug Configuration，设置好参数启动就好。
  • 线上，如果是jar包启动，那就java -jar 带上参数即可。
  • 线上，如果是SpringBoot启动

• 关键参数：

  • Xms（初始堆内存大小）、Xmx（最大堆内存大小）【这两个一般设为同样大小】
  • Xmn（年轻代大小）
  • Xss（栈大小）
  • MetaspaceSize（初始元空间大小）、MaxMetaspaceSize（最大元空间大小）【这两个一般设为同样大小】

• 广义上来说：一般是系统内存的一半分配给JVM（因为操作系统要用），比如8G的话，可以3G分给堆，2G分给年轻代，256M分给元空间（因为元空间存的大多是Class类信息），1M分给栈【一般元空间和栈是不会特别去预估设置的，在这个范围即可】

• 狭义上来说： 这个要具体根据场景来定义的，比如算出高峰期、低峰期，然后每秒大概用多少内存，然后放大多少倍估算等，但是这个据我了解一般大公司都有固定的模板，在这个模板的基础上进行内存的设置和调优，这个我确实没具体的经验。

题外话： 建议不要手动触发，依托合理的内存设置以及参数优化，让系统自行运转（默认自行调节）

关于STW（Stop the World）

• JVM在回收的时候不能再写入对象，这个就是Stop the World，虽然都有STW，但是不同垃圾回收器对STW的影响不同

关于GC的选择：

• Serial和Serial Old：分别对应新生代和老年代，单线程的运行，回收的时候会阻塞系统的其他线程，现在Java系统功能几乎不用。
• ParNew（新生代，多线程，标记复制） + CMS（老年代，多线程，且可和工作线程尽量同时工作处理，标记清除），这一套几乎是现在线上生产系统的标配组合。
• G1（整体标记整理。局部标记复制） —— 可统一手机新生代和老年代，不再具体区分这两代，而是动态的区分和设置。

JVM中有哪些垃圾回收算法，每个算法各自的优劣？

• 标记复制 —— 当S1满了以后会做清除，然后存活的10%对象复制到新的S2中去（但是内部命名还是把这个新的位置改为S1了），所以S1/S2中永远有一块是空的也就是10%的空闲位置。
  • 因为在年轻代中，Eden和S1、S2的分配比例为8:1:1，因为很多对象都是朝生夕死的，我看过的专栏文章上说大概率超过1毫秒就没有引用了，最终存活的对象只有10%，所以这样分配，保证有Eden+S1，这个标记复制算法的最大好处是 —— 有90%的空间是被使用的，而10%的空间用来做空闲转换空间
  • 年轻代发生该算法的时机 —— Eden和S1都满了
• 标记整理
  • 在完成标记-清除的算法基础上，将所有存活的对象向一端移动，这样不会有空间碎片（一根指针区分开已用和未用内存，作为指针碰撞 [ 新来对象，则向未用方向分配新来对象的内存个大小数 ] 的内存分配手段）
  • 老年代发生该算法的时机 —— 1.年轻代满了直接晋升老年代时判断是否要MajorGC。2.老年代确实满了发生MajorGC
• 标记清除
  • 将所以可回收的对象标记，然后统一清除。清除的空间会被空闲空间表维护，作为内存分配的手段（最基础法，后面算法都是对其的改进）