Java笔记简要总结-JDK与JVM

Posted 2023-04-06 风一样的美狼子

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文章目录

• 前言
• 1、JDK
• • 1.1、JDK 和 JRE
  • 1.2、JDK8特性
• 2、JVM
• • 2.1、JVM的生命周期
  • 2.2、JVM结构原理
  • • 2.2.1、原理
    • 2.2.2、结构
    • 2.2.3、JVM 的主要组成部分及其作用
    • 2.2.4、类加载器
    • • 2.2.4.1、类装载的执行过程
      • 2.2.4.2、 类加载过程
    • 2.2.5、JVM 运行时数据区
  • 2.3、JVM 中垃圾收集器特点
  • • 2.3.1、新生代垃圾收集器
    • 2.3.2、老年代垃圾收集器
    • • 2.3.2.1 、Serial Old 收集器
      • 2.3.2.2、Parallel Old 收集器
      • 2.3.2.3、CMS 收集器
      • 2.3.2.4、其他
  • 2.4、JVM 有哪些垃圾回收算法
  • 2.5、简述分代垃圾回收器是怎么工作的
  • 2.6、 JVM 调优的工具
  • 2.7、JVM 调优的参数
• 4、结语

前言

     今年IT传统的金三银四来到了，虽然这二年很冷，尤其今年整个互联网信息产业都进入寒冬。 最近还是有很多粉丝私信问我，有什么方法能够快速提升自己，巩固自己的知识点用于面试。
     我个人觉得短时间提升自己最快的手段就是记知识点与背面试题，后面我会抽空以简洁的笔记方式总结Java常用的知识点信息分享给大家，希望大家都能圆梦找到合适自己的岗位，加油！

1、JDK

1.1、JDK 和 JRE

JDK：java 开发工具包，提供了java 的开发环境和运行环境。
JRE：java 运行环境，为java 的运行提供了所需环境。

1.2、JDK8特性

说出以下几点即可

1. lambada表达式
2. 函数式接口
3. 方法引用
4. 默认方法
5. Stream API
6. Optional
7. Date Time API（如LocalDate）
8. 重复注解
9. Base64

更详细的可以查看该图：

2、JVM

2.1、JVM的生命周期

JVM在Java程序开始运行的时候，它才运行，程序结束的时它就停止。
一个Java程序会开启一个JVM进程，如运行多个Java程序，就会有多个运行中的JVM进程。
JVM中的线程分为两种：守护线程和普通线程

守护线程：是JVM自己使用的线程，比如垃圾回收（GC）就是一个守护线程。
普通线程：一般是Java程序的线程，只要JVM中有普通线程在执行，那么JVM就不会停止。

2.2、JVM结构原理

2.2.1、原理

     java程序并不直接在操作系统上执行，而是由JVM执行。JVM屏蔽了与具体平台相关的信息，使得JAVA程序只需编译成适应JVM，可以在JVM上运行的目标代码（.class）就行，JVM再负责解释成具体平台的机器指令执行。同时，JVM还会进行安全检查，是java程序的安全检验引擎。

2.2.2、结构

JVM由四大部分组成：

1、类加载器（ClassLoader）：在JVM启动时或者在类运行时将需要的class加载到JVM中。
2、执行引擎（ExecutionEngine）：负责执行class文件中包含的字节码指令
3、运行时数据区（Runtime DataArea）:是在JVM运行的时候操作所分配的内存区。
4. 本地库接口（Native Interface）： 主要是调用C或C++实现的本地方法及返回结果。 和java栈的作用差不多，只不过是为JVM使用到的native方法服务的。

2.2.3、JVM 的主要组成部分及其作用

类加载器（ClassLoader）
运行时数据区（Runtime Data Area）
执行引擎（Execution Engine）
本地库接口（Native Interface）

「组件的作用：」 首先通过类加载器（ClassLoader）会把 Java 代码转换成字节码，运行时数据区（Runtime Data Area）再把字节码加载到内存中，而字节码文件只是 JVM 的一套指令集规范，并不能直接交给底层操作系统去执行，因此需要特定的命令解析器执行引擎（Execution Engine），将字节码翻译成底层系统指令，再交由 CPU 去执行，而这个过程中需要调用其他语言的本地库接口（Native Interface）来实现整个程序的功能。

2.2.4、类加载器

2.2.4.1、类装载的执行过程

类装载分为以下 5 个步骤：

1. 加载：根据查找路径找到相应的 class 文件然后导入；
2. 检查：检查加载的 class 文件的正确性；
3. 准备：给类中的静态变量分配内存空间；
4. 解析：虚拟机将常量池中的符号引用替换成直接引用的过程。符号引用就理解为一个标示，而在直接引用直接指向内存中的地址；
5. 初始化：对静态变量和静态代码块执行初始化工作。

2.2.4.2、 类加载过程

1. 加载：

将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在内存上创建一个java.lang.Class对象用来封装类在方法区内的数据结构作为这个类的各种数据的访问入口。

2. 验证:

主要是为了确保class文件中的字节流包含的信息是否符合当前JVM的要求，且不会危害JVM自身安全，比如校验文件格式、是否是cafebaby魔术、字节码验证等等。

3. 准备:

为类变量分配内存并设置类变量（是被static修饰的变量，变量不是常量，所以不是final的，就是static的）初始值的阶段。这些变量所使用的内存在方法区中进行分配。比如privatestatic int age = 26;
类变量age会在准备阶段过后为 其分配四个（int四个字节）字节的空间，并且设置初始值为0，
若是final的，则在编译期就会设置上最终值。

4. 解析：
JVM会在此阶段把类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用。
5. 初始化：

初始化阶段是执行类构造器()方法的过程，到了初始化阶段，才真正开始执行类定义的Java程序代码（或者说字节码 ）。比如准备阶段的那个age初始值是0，到这一步就设置为26。

6. 使用：

对象都出来了，业务系统直接调用阶段。

7. 卸载：

用完了，可以被GC回收了。

2.2.5、JVM 运行时数据区

不同虚拟机的运行时数据区可能略微有所不同，但都会遵从 Java 虚拟机规范， Java 虚拟机规范规定的区域分为以下 5 个部分：
程序计数器（Program Counter Register）：当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解析器的工作是通过改变这个计数器的值，来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能，都需要依赖这个计数器来完成；
Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息；
本地方法栈（Native Method Stack）：与虚拟机栈的作用是一样的，只不过虚拟机栈是服务 Java 方法的，而本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法服务的；
Java 堆（Java Heap）：Java 虚拟机中内存最大的一块，是被所有线程共享的，几乎所有的对象实例都在这里分配内存；
方法区（Methed Area）：用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。

2.3、JVM 中垃圾收集器特点

Serial： 最早的单线程串行垃圾回收器。
Serial Old：Serial 垃圾回收器的老年版本，同样也是单线程的，可以作为 CMS 垃圾回收器的备选预案。
ParNew：是 Serial 的多线程版本。
Parallel 和 ParNew 收集器类似是多线程的，但 Parallel 是吞吐量优先的收集器，可以牺牲等待时间换取系统的吞吐量。
Parallel Old： 是 Parallel 老生代版本，Parallel 使用的是复制的内存回收算法，Parallel Old 使用的是标记-整理的内存回收算法。
CMS：一种以获得最短停顿时间为目标的收集器，非常适用 B/S 系统。
G1：一种兼顾吞吐量和停顿时间的 GC 实现，是 JDK 9 以后的默认 GC 选项。

新生代垃圾回收器一般采用的是复制算法，复制算法的优点是效率高，缺点是内存利用率低； 老年代回收器一般采用的是标记-整理的算法进行垃圾回收。

2.3.1、新生代垃圾收集器

Serial 收集器

特点： Serial收集器只能使用一条线程进行垃圾收集工作，并且在进行垃圾收集的时候，所有的工作线程都需要停止工作，等待垃圾收集线程完成以后，其他线程才可以继续工作。

使用算法：复制算法
ParNew 收集器

特点： ParNew 垃圾收集器是Serial收集器的多线程版本。为了利用 CPU 多核多线程的优势，ParNew收集器可以运行多个收集线程来进行垃圾收集工作。这样可以提高垃圾收集过程的效率。

使用算法：复制算法
Parallel Scavenge 收集器

特点： Parallel Scavenge 收集器是一款多线程的垃圾收集器，但是它又和 ParNew 有很大的不同点。 Parallel Scavenge 收集器和其他收集器的关注点不同。其他收集器，比如 ParNew 和 CMS
这些收集器，它们主要关注的是如何缩短垃圾收集的时间。而 Parallel Scavenge
收集器关注的是如何控制系统运行的吞吐量。这里说的吞吐量，指的是 CPU 用于运行应用程序的时间和 CPU 总时间的占比，吞吐量 =代码运行时间 / （代码运行时间 + 垃圾收集时间）。如果虚拟机运行的总的 CPU 时间是 100 分钟，而用于执行垃圾收集的时间为 1分钟，那么吞吐量就是 99%。

使用算法：复制算法

2.3.2、老年代垃圾收集器

2.3.2.1 、Serial Old 收集器

特点： Serial Old 收集器是 Serial收集器的老年代版本。这款收集器主要用于客户端应用程序中作为老年代的垃圾收集器，也可以作为服务端应用程序的垃圾收集器。

使用算法：标记-整理

2.3.2.2、Parallel Old 收集器

特点： Parallel Old 收集器是 Parallel Scavenge 收集器的老年代版本这个收集器是在 JDK1.6
版本中出现的，所以在 JDK1.6 之前，新生代的 Parallel Scavenge 只能和 Serial Old
这款单线程的老年代收集器配合使用。Parallel Old 垃圾收集器和 Parallel Scavenge
收集器一样，也是一款关注吞吐量的垃圾收集器，和 Parallel Scavenge 收集器一起配合，可以实现对 Java堆内存的吞吐量优先的垃圾收集策略。

使用算法：标记-整理

2.3.2.3、CMS 收集器

特点： CMS 收集器是目前老年代收集器中比较优秀的垃圾收集器。CMS 是 Concurrent Mark Sweep，从名字可以看出，这是一款使用"标记-清除"算法的并发收集器。
CMS 垃圾收集器是一款以获取最短停顿时间为目标的收集器。如下图所示：

从图中可以看出，CMS 收集器的工作过程可以分为 4 个阶段：

1、 初始标记（CMS initial mark）阶段
2、 并发标记（CMS concurrent mark）阶段
3、 重新标记（CMS remark）阶段
4、 并发清除(（CMS concurrent sweep）阶段

使用算法：复制+标记清除

2.3.2.4、其他

G1 垃圾收集器
特点： 主要步骤：初始标记，并发标记，重新标记，复制清除。
使用算法：复制 + 标记整理

2.4、JVM 有哪些垃圾回收算法

1. 标记-清除算法：标记无用对象，然后进行清除回收。缺点：效率不高，无法清除垃圾碎片。
2. 标记-整理算法：标记无用对象，让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清除掉端边界以外的内存。
3. 复制算法：按照容量划分二个大小相等的内存区域，当一块用完的时候将活着的对象复制到另一块上，然后再把已使用的内存空间一次清理掉。缺点：内存使用率不高，只有原来的一半。
4. 分代算法：根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般是新生代和老年代，新生代基本采用复制算法**，老年代采用标记整理算法。

2.5、简述分代垃圾回收器是怎么工作的

分代回收器有两个分区：老生代和新生代。
新生代默认的空间占比总空间的 1/3，老生代的默认占比是 2/3。
新生代使用的是复制算法，新生代里有 3 个分区：Eden、To Survivor、From Survivor，它们的默认占比是 8:1:1，它的执行流程如下：

1. 把 Eden + From Survivor 存活的对象放入 To Survivor 区；
2. 清空 Eden 和 From Survivor 分区；
3. From Survivor 和 To Survivor 分区交换，From Survivor 变 To Survivor，To Survivor 变 From Survivor。
4. 每次在 From Survivor 到 To Survivor 移动时都存活的对象，年龄就 +1，当年龄到达 15（默认配置是 15）时，升级为老生代。大对象也会直接进入老生代。老生代当空间占用到达某个值之后就会触发全局垃圾收回，一般使用标记整理的执行算法。
   以上这些循环往复就构成了整个分代垃圾回收的整体执行流程。

2.6、 JVM 调优的工具

JDK 自带了很多监控工具，都位于 JDK 的 bin 目录下，其中最常用的是 jconsole 和 jvisualvm 这两款视图监控工具。

jconsole：用于对 JVM 中的内存、线程和类等进行监控；
jvisualvm：JDK自带的全能分析工具，可以分析：内存快照、线程快照、程序死锁、监控内存的变化、gc 变化等。

2.7、JVM 调优的参数

-Xms2g：初始化推大小为 2g；
-Xmx2g：堆最大内存为 2g；
-XX:NewRatio=4：设置年轻的和老年代的内存比例为 1:4；
-XX:SurvivorRatio=8：设置新生代 Eden 和 Survivor 比例为 8:2；
–XX:+UseParNewGC：指定使用 ParNew + Serial Old 垃圾回收器组合；
-XX:+UseParallelOldGC：指定使用 ParNew + ParNew Old 垃圾回收器组合；
-XX:+UseConcMarkSweepGC：指定使用 CMS + Serial Old 垃圾回收器组合；
-XX:+PrintGC：开启打印 gc 信息；
-XX:+PrintGCDetails：打印 gc 详细信息。

4、结语

各位看官今天就到此为止，此系列简要笔记后续会不断更新，🍎 欢迎关注：👍点赞🍃收藏🔥留言！

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