JVM虚拟机

Posted 2023-03-29 miraclemaker

1.基础知识：

• java代码执行流程：java源代码编译后为字节码，每一行字节码为一条jvm指令；程序计数器（由寄存器组成）记住当前执行的jvm指令地址，解释器从程序计数器中取得jvm指令地址后解释成为机器码，之后交给cpu运行。
• 栈和栈帧：线程运行需要的内存空间，内部有栈帧组成（方法调用时占用的内存）。栈内存方法调用结束后自动回收，不需要垃圾回收。StackOverFlowError：线程请求栈的深度超过虚拟机栈的最大深度。
• 本地方法栈：java为了调用更底层或其他语言编写的代码，我们需要调用很多本地方法（用native修饰的，比如Thread的start()，hashCode()，clone()，getClass()等），这些方法使用的空间。

• 堆：new出来的对象，jdk1.8后还包括stringtable（串池），需要垃圾回收。OutOfMemoryError：对内存不足，并且GC也无法清理足够的内存。
• 方法区：

载类的一些信息如，静态变量，字段信息，类信息，常量池（保存字面量和符号引用的表），运行时常量池；存在垃圾回收。数据的引用在栈中，先去堆里面找对象实例，再去方法区找对象的类数据。

• 

。jdk8之后移除永久代，出现元空间，包含方法区的基本功能，最大区别在于元空间所占用的是jvm本地内存，不占用虚拟机运行时数据区。

。在主机内存中有一块被称为JVM，JVM内部包括运行时数据区，类加载器，执行引擎等，永久代在运行时数据区内，元空间在运行时数据区外，JVM内。

• 线程与资源：私有资源：虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器，共享资源有：堆，元空间。因为线程切换后回到正确的执行位置，pc是线程私有的，而栈私有是因为防止其他线程访问，修改自己的局部变量。
• 单核多线程：单核不存在真正的并发，按理说多线程存在上下文切换效率会更低，但多线程提高效率和IO密切相关，IO操作时将数据从磁盘读取到内存这一步巨慢，我们用这个时间去执行其他任务就可以提升效率。

2.内存溢出的情况：

• 堆溢出：对象一直创建二未被回收，虚拟机栈的线程越来越多，加载的类越来越多
• 栈溢出：方法调用次数过多，一般都是递归不当造成。

3.如何判断对象可以被回收：

• 引用计数法：为每个对象添加引用计数器，有人引用就+1，循环引用时无法回收，已淘汰。
• 可达性分析法：将 虚拟机栈中引用的对象，方法区中静态变量引用的对象，本地方法栈中引用的对象作为GCRoot，从GCRoot向下搜索，没有经过任何引用链的对象可被回收。

4.垃圾回收算法：

• 标记清除算法：第一步先标记垃圾，第二步在清除垃圾（会造成内存碎片化）。
• 标记整理算法：第一步标记清除法，第二步把占用内存的对象向前移动整理（但操作复杂，速度慢）。多用在老年代。
• 复制法：第一步标记垃圾，第二步把占用内存的对象内存（FROM）复制到另一块内存（TO）中，第三步把垃圾清理后内存作为TO。多用在新生代。

5.垃圾回收流程：

• 定义：整个堆内存被分为新生代（伊甸园+幸存区FROM+幸存区TO）与老年代
• 流程：当有新变量来了，先分配到伊甸园；伊甸园满了之后会进行一次Minor GC，将伊甸园与幸存区FROM中无用的垃圾清除，有用的转存到幸存区TO中，并将幸存区TO中所有对象代+1，复制有用内存到TO后交换FROM与TO指针指向的内存（一次Minor GC后伊甸园与幸存区TO都是空的）。当代数达到某个阈值，将其转移到老年代中。当老年代与新生代内存都不够用时，进行一次FULL GC。若对象过大，则直接放入老年代

6.垃圾回收器：

• Parallel：关注吞吐量，新生代采用复制算法，老年代采用标记-整理算法
• CMS：以最小停顿时间为目标，采用标记清除算法，可以并发；
• G1：jdk9后的默认垃圾回收器，同时注重吞吐量和最小停顿时间，采用可达性分析算法找到垃圾，标记整理-复制为清除算法清除垃圾。支持并发。

7.引用：

• 强引用：new出来的对象，内存溢出的时候也不会回收，报OOM也不回收。
• 软引用：用软引用创建的对象，只有在内存不足时才会被回收（经常使用，加速垃圾回收，保护系统安全）
• 弱引用：每次垃圾回收都会被回收。
• 虚引用：不是引用，配合引用队列，只是作为变量是否被回收的标志（先将虚引用放入队列，再回收对象）

8.jvm内存参数：

• -Xmx[]:堆空间最大内存。当空余堆内存过少时，堆内存扩大至此。
• -Xms[]：堆空间最小内存。当空余堆内存过多时，堆内存会缩小至此，服务端一般设置Xmx和Xms一致。
• -Xmn[]：新生代最大内存。
• -xx[survivorRatio=4]，伊甸园区与from+to区的内存占比，默认为4；
• -xx[use G1]:指定垃圾回收器
• -xss：设置单个线程大小，适中即可，过大会导致线程数偏少。
• 一般我们设置堆空间为最大物理地址的1/4。

9.对象的创建过程：

• 去常量池中定位该类符号引用，看符号引用对应的类是否被加载过，若未加载，先加载类。
• 为对象以cas形式分配空间，防止分配空间时，指针还未修改就同时被另一个对象拿来分配内存。
• 先为属性赋值为0或者null。
• 设置对象头。
• 为属性赋值，执行构造方法，引用指向该内存。

10.类加载过程与初始化顺序：

• 加载：java代码编译后形成字节码，记载就是将字节码以二进制形式读入内存
• 链接：

。验证：验证字节码的正确性和安全性

。准备：为静态变量分配内存，final修饰的编译时就已经赋值，实例变量实例化对象的时候才分配

。解析：将符号引用解析为直接引用（指向类的地址）

• 初始化：执行类构造器，为静态变量赋初值并初始化静态代码块。
• 初始化顺序：父类静态变量和静态代码块->子类静态代码块和静态变量->父类代码块和普通变量->父类构造方法->子类代码块和普通变量->子类构造方法。

11.类加载器和双亲委派机制：

• 从父类加载器到子类加载器分别为：

。BootStrapClassLoader 加载路径为：JAVA_HOME/jre/lib

。ExtensionClassLoader 加载路径为：JAVA_HOME/jre/lib/ext

。ApplicationClassLoader 加载路径为：classpath：

。自定义类加载器

• 双亲委派机制：

。机制：当一个类加载器收到类加载请求时，会先把这个请求交给父类加载器处理，若父类加载器找不到该类，再由自己去寻找。

。作用：能够保证同名的类都只加载一次，避免篡改java核心class造成安全问题。

12.对象头中的信息：

• MarkWork:存储运行时的数据，如hashcode，gc代数，gc标记，锁的状态，获取到锁的线程id等。
• ClassPointer：记录对象所属类的内存地址。
• 如果是数组，还会有数组长度。

13.StringTable：

• 储存字符串常量。如果我们创建的部分变量已经在Stringtable存在，就会去里面取，减少了内存使用
• 
• 程序中所有“”中的字符串都已经放入串池中。如果一个新定义的String有确定结果（s3），那就放到串池中。如果新定义的无确定结果，就会创建新对象到堆中。
• intern（）：将字符串对象尝试放入串池，有就不放，没有就放。会返回一个串池中的对象。

14.方法区与元空间：

• 方法区加载类的一些信息并保存，JDK8前实现为永久代，jdk8后实现为元空间；
• 永久代包括类信息，字段信息，静态常量，常量池，运行时常量池，串池等，需要进行FullGC进行类的回收，处于运行时数据区。
• 元空间包括类信息，字段信息；静态变量和串池被转移到堆中，JVM的Full GC不需要考虑元空间，处于JVM直接内存中。
• 为什么要替换：

。永久代的对象需要Full GC，Full GC会导致程序暂停，放于直接内存中就减少了压力。

。直接内存中内存更大，不容易导致数据溢出，能够加载更多的类。

• 为什么串池要放到堆中：永久代的对象回收需要Full GC，GC回收效率太低，导致创建的字符串大量无人引用仍然不会回收，放到堆中就能高效的回收。

15.cpu飙升你怎么解决：

• cpu上下文切换过多（文件传输导致线程阻塞），cpu资源过度消耗（运行的程序太多了，有死锁）
• 用top命令查看线程情况，如果是几个线程占用的平均分布，那可能是开的程序太多了，如果是一个占用的特别多，可能是发生了bug。我们用jstack命令生成线程的快照，在快照中可以看到发生问题的代码。