Java-----JVM基础

Posted 2021-09-19 小鹿可可乐

JVM

• 1.JVM介绍
• • 1.1JVM概念：
  • 1.2 JVM特点
• 2.JVM 工作过程
• • 2.1 类加载系统
  • • 2.1.1 类加载时机
    • 2.1.2 类加载
    • 2.1.3 类加载过程
  • 2.2 运行数据区域
  • • 2.2.1 内存模型
• 2.垃圾回收
• • 2.1 GC原理
  • 2.2 对象被标记为垃圾的方法
  • 2.3 垃圾回收算法
  • • 2.3.1 标记清除
    • 2.3.2 复制算法
    • 2.3.3 标记整理算法
    • 2.3.4 分代回收算法
• 3.JVM系统调优
• • 3.1 调优原则
  • 3.2 调优步骤

1.JVM介绍

1.1JVM概念：

JVM即java虚拟机：JVM是利用软件来模拟计算机OS和硬件平台，在上面执行字节码文件，JVM有自己的架构，有堆栈，寄存器及指令系统

1.2 JVM特点

跨平台性：Java的跨平台性体现在Java代码“一次编译，到处执行”JVM是属于Java应用和操作系统中间的纽带的作用，将Java代码编程成字节码放在JVM上执行，JVM负责将字节码文件翻译为特定平台的机器码执行

2.JVM 工作过程

2.1 类加载系统

类加载机制：将Java的字节码文件.class加载到JVM中
类不会被初始化：

• 同一个类在一个JVM实例中只会去被加载初始化一次
• 在编译时能够确定的静态变量，不会对类进行初始化

2.1.1 类加载时机

• 创建对象实例：New对象，前提是类被加载过
• 通过class文件反射创建对象
• 调用类静态属性或静态方法时
• 初始化一个类的子类，使用子类时先初始化父类
• 被标记为启动类的类，如main方法所在类

2.1.2 类加载

1.类加载器：

• Bootstrap ClassLoader:启动类加载器：加载JDK包中/jre/lib/rt.jar中所有类
• Extension ClassLoader:扩展类加载器：加载扩展功能的jar
• Application ClassLoader：应用类加载器：负责加载classpath中指定的jar和目录中的class

2.双亲委派模型

• 当前的类加载器从自己已经加载的类中查询是否此类已经加载，如果已经加载则返回原来已经加载的类
• 如果没有找到，就去委派父类加载器去加载。父类加载器也会采用同样的策略，查看自己已经加载的类中是否包含这个类。有则返回，没有就委托其父类去加载。直到委托到启动类加载器为止。应因如果父类加载器为空，代表使用启动类加载作为父类去加载该类
• 如果启动类加载器加载失败，就回会去使用扩展类加载器来尝试加载。继续失败则会使用APP ClassLoader来加载，如果存在自定义加载器就会到自定义加载器去尝试加载。继续失败就回去抛出一个异常：ClassNotFoundException.
  双亲委派模型的优势：安全性、避免类重复加载

2.1.3 类加载过程

1、加载：通过双亲委派机制将字节码文件加载到内存中
2、连接

• 验证：验证元数据，字节码，符号引用
• 准备：对类静态变量分配内存，初始化默认值
• 解析：将符号应用转化为直接引用

3、初始化：类的静态变量赋予正确的初始值

2.2 运行数据区域

2.2.1 内存模型

1.程序计数器：

1. 线程私有
2. 内存模型中占用内存最小的一个区域
3. 是当前程序执行字节码的行号指示器，实现代码的流程控制
4. 不会出现OutOfMemoryError的内存区域
5. 随着线程创建产生，随着线程结束而死亡

2.虚拟机栈

1. 线程私有
2. 是有一个个帧栈组成，每个帧栈是一个方法，用来描述程序方法执行的模型帧栈包含：局部变量表（数据类型，对象应用，返回地址）、操作数栈、动态链接、方法出口信息
3. 异常：StackOverflowError:虚拟机栈的内存不允许动态扩容，栈内存不够时抛出该异常OutOfMemoryError：虚拟机栈的内存允许动态扩容，栈内存不够（无法扩展）时抛出异常
4. 随着线程创建产生，随着线程结束而死亡

3.本地方法栈

1. 线程私有
2. 作用和虚拟机栈一样，区别在于执行时Native的方法服务
3. 异常：StackOverflowError:虚拟机栈的内存不允许动态扩容，栈内存不够时抛出该异常OutOfMemoryError：虚拟机栈的内存允许动态扩容，栈内存不够（无法扩展）时抛出异常
4. 随着线程创建产生，随着线程结束而死亡

4.堆

1. 线程共享
2. 内存模型中占用内存区域最大的空间
3. 堆用来存放对象实例以及数组都存储在堆中
4. 会抛出OutOfMemoryError异常
5. 虚拟机创建是产生，虚拟机结束时销毁

5.方法区

1. 线程共享
2. 存储类信息，常量、静态变量存放在方法区
3. 会抛出OutOfMemoryError异常
4. 虚拟机创建是产生，虚拟机结束时销毁

2.垃圾回收

2.1 GC原理

1.将内存中不在被使用的对象进行回收，GC回收的方法称之为收集器，GC过程主要是回收对象，即主要是针对对空间，GC过程需要消耗资源和时间
2.Minor GC：对新生代的对象的收集
3.Full GC：对老年代的对象的收集，强制GC执行（System.gc）也是Full GC

2.2 对象被标记为垃圾的方法

1.引用计数器：存在无法解决循环引用问题

2.可达性分析
*从GCRoots遍历堆中对象，遍历完后没有被引用的节点即视为垃圾
*GC root：

• 1、虚拟机栈中引用对象
• 2、本地方法栈中的JNI引用对象
• 3、方法区中静态变量和常量引用的对象

2.3 垃圾回收算法

2.3.1 标记清除

将对象回收分为标记和清除阶段，
标记阶段通过可达性分析标记从GCroot对象开始遍历所有可达的对象
清除阶段对对内存再次遍历，对未标记的对象进行回收
缺点：

• 内存碎片化
• 效率问题：两个阶段都是遍历堆的整个空间

2.3.2 复制算法

将堆内存空间分成大小两部分，每次使用其中一块，当这块快用完时，将存活的对象复制到另一个内存块中，将原对象空间一次性清除
优势：

• 解决内存碎片化问题
• 提高效率：每次只需要遍历堆空间的一半

缺点：

• 内存缩小为原来一半，浪费空间，代价高
• 极端情况，对象百分百存活就需要整个空间复制，耗时代价高

2.3.3 标记整理算法

将对象回收分为标记和整理两个阶段，标记阶段使用可达性分析遍历整个对=堆空间找到可达的对象，整理阶段将所有存活的对象向一段进行移动
优势：

• 空间整个使用
• 解决内存碎片化问题

缺点：

• 效率不高，需要标记存活对象，遍历内存找到所有存活对象进行移动整理

2.3.4 分代回收算法

1.根据对象的存活时间的特点将内存空间划分为老年代和新生代
2.新生代：对象存活时间段，朝生夕灭-采用复制算法进行回收
3.老年代：经过多次GC存活下来的对象，存活时间上，采用标记清除或标记整理算法

3.JVM系统调优

3.1 调优原则

1. 多数的应用不需要进行服务器上进行GC调优
2. GC引起的问题多数是代码问题
3. Java服务在部署之前都需要考虑将机器的JVM参数设置最优
4. 减少创建对象的数量
5. 减少使用全局变量和大对象
6. GC调优是最优的额优化手段
7. 在实际中，分析GC情况比优化GC要多

3.2 调优步骤

1. 监控GC，内存使用等关键信息
2. 分析结果，给出优化方案
3. 调整GC类型和内存分配
4. 需要不断分析调整

今天也要好好学习呀~