JVM虚拟机基础知识
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了JVM虚拟机基础知识相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
1. Java的发展
Java之父:詹姆斯·高斯林
2. Java的技术体系
- Java 程序设计语言
- JVM
- class文件格式
- 编译器
- Java API
- 第三方Java类库
Java SE(Java Standard edition)
Java ME(Micro Edition)
Java EE(Java Enterprise Edition)
3. JVM的安装
4. JDK、JRE、JVM的关系
JDK(Java Development Kit)
JRE(Java Runtime Environment)
JVM(Java Virtual Machine)
官方结构图:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/
5.Java8的新特性
- 引入lambda表式式
- Nashorn javascript引擎,使用Metaspace 代替PermGen space
- Date API
- 更好的类型判断
6.Java 虚拟机产品
- Sun Classic VM :第一款商用虚拟机,只能使用纯解释器的方式来执行Java代码。已被淘汰
- Exact VM (Exact Memory Management) : 编译器和解释器混合工作以及两级及时编译器,只在solaris平台发布
- HotSpot VM: Longview Technologies-->SUN-->Oracle
- KVM(Kilobyte): 简单、轻量、高度可移植,在手机平台运行。运行速度慢
- JRockit: BEA--> Oracle,专注服务端应用,优势:垃圾收集器+MissionControl服务套件
- J9( IBM Technology for Java Virtual Machine IT4j ): IBM公司开发,用于IBM的产品
- dalvik: Google公司设计,android平台核心组成部分之一
- Mircosoft JVM:
- Azul VM: 高性能,HotSpot 基础上改进
- Liquid VM: 高性能,BEA公司开发,本身相当于一个操作系统
TaobaoVM: 根据OpenJDK深度定制
7.JVM内存管理
运行时数据区
1. 线程共享区
1.1. 方法区
- 保存类的元数据
- 元数据包括类型信息、常量池、域信息、方法信息
- 在HotSpot虚拟机中,方法区也被成为永久区
虽然叫做永久区,但是在永久区的对象也可以被GC回收
1.1.1 运行时常量池
- 方法区的一部分
用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用
1.2. Java堆
- 存放对象实例
- 垃圾收集器管理的主要区域
- 新生代、老年代
OutofMemoryError:内存溢出
2. 线程独占区
2.1. Java虚拟机栈
- 描述的是Java方法执行的动态内存模型
- Java虚拟机栈主要被用来存放基本类型的变量,如:int、short、long、byte、float、double、boolea、char、对象引用
- StackoverflowError: 栈内存溢出,可以使用-XSS指定虚拟机栈的大小,栈的大小决定了函数调用的最大可达深度
虚拟机栈为虚拟机执行Java方法
2.2. 本地方法栈(Native Method Stacks)
本地方法栈用来执行Native方法
2.3. 程序计数器(Program Counter Register)
- 每一个线程都有一个独立的程序计数器,用来记录下一条需要执行的计算机指令
- 程序计数器是线程独有的一块内存空间。这块内存是线程私有,生命周期与线程保持一致
- 如果当前线程正在执行一个Java方法,则程序计数器记录正在执行的Java字节码地址,如果当前线程正在执行一个本地方法,则程序计数器为空
唯一一个在Java虚拟机中内有规定任何OutofMemoryError情况的区域
8. 对象
8.1 对象的创建
1.给对象分配内存的方式
- 指针碰撞
空闲列表
2. 线程的安全性问题
- 线程同步(需要加锁,效率低)
本地线程分配缓冲
3. 初始化对象
4. 执行构造方法
8.2对象的结构:
1. Header
1.自身运行时数据(Mark Word)
- 哈希值
- GC分代年龄
- 锁状态标识
- 线程持有的锁
- 偏向线程ID
- 偏向时间戳
占用的空间:32位机器:32bit;64位机器:64bit
类型指针
2.InstanceData
3.Padding
8.3 对象的访问定位
1.使用句柄
2.直接指针
9.垃圾回收
9.1 如何判断对象为垃圾对象?
- 引用计数法
在对象中添加一个引用计数器,当有地方引用这个对象时计数器的值就+1,当引用失效时,计数器的值就-1
弊端:当对象循环引用时不能识别是否为垃圾对象
*基本没有JVM在使用 - 可达性分析法
作为GCroot的对象- 虚拟机栈
- 方法区的类属性所引用的对象
- 方法区中常量所引用的对象
- 本地方法栈中引用的对象
JDK8使用的垃圾回收器: parallel
9.2 回收算法
- 标记-清除算法
通过可达性分析法标记-->清楚
缺点:效率较低、空间问题(出现很多不连续的内存空间) - 复制算法
把使用中的内存复制一份重新按顺序排列
缺点:内存只能用一半,不适用于老年代 - 标记-整理算法
让所有存活的对象都向一端移动,然后清理掉边界以外的内存 - 分代收集算法
堆
- 新生代
- Eden 伊甸园
- Survivor 存活区
- Tenured Gen
- 老年代
9.3 垃圾收集器
1. serial收集器
- 历史最悠久
- 使用复制算法
- 单线程,垃圾收集时必须暂停其他所有的工作线程,直到收集结束
- 虚拟机运行在Client模式下的新生代收集器
- 用于桌面应用
2. ParNew收集器
- 多线程收集
- 虚拟机运行在Server模式下首选的新生代收集器
3. parallel Scavenge收集器
- 适用复制算法(新生代内存)
- 多线程收集器
- 达到可控制的吞吐量=运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)
- -XX:MaxGCPauseMillis 垃圾收集器停顿时间
- -XX:GCTimeRatio 吞吐量大小 (0-100)
4. cms(Concurrent Mark Sweep)收集器
- 运作步骤
标记清除--并发标记--重新标记--并发清除 - 优点
- 并发收集
- 低停顿
- 缺点
- 占用大量的CPU资源
- 无法处理浮动垃圾
- 出现Concurrent Mode Failure
基于标记清除算法,会产生大料的空间碎片
5. G1(Garbage-First)收集器
面向服务端应用的垃圾收集器
优势:
- 并行与并发, 使用多个CPU来缩短Stop-The-Word停顿时间
- 分代收集
- 空间整合:整体上看基于标记-整理算法,局部上看基于复制算法
- 可预测停顿
运作步骤:
- 初始标记
- 并发标记
- 最终标记
- 筛选回收 Remembered Set
10 . 内存分配
10.1 优先分配到Eden区
10.2 大对象直接进入老年代
10.3长期存活的对象进入老年代
10.4 空间分配担保
10.5 动态对象的年龄判断
11. JVM工具
https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/index.html#monitor
11.1 jps (Java Process Status)
[email protected]:~$ jps
13154 Bootstrap
12191 Jps
参数:
# -l :虚拟机执行主类名称或者jar包的名称
[email protected]:~$ jps -l
13154 org.apache.catalina.startup.Bootstrap
12462 sun.tools.jps.Jps
# -m :主类接收的参数
[email protected]:~$ jps -m
13154 Bootstrap start
12552 Jps -m
# -v :JVM接收的参数
[email protected]:~$ jps -v
13154 Bootstrap -Djava.util.logging.config.file=/home/jenkins/tomcat/jenkins/conf/logging.properties -Djava.util.logging.manager=org.apache.juli.ClassLoaderLogManager -Djdk.tls.ephemeralDHKeySize=2048 -Djava.protocol.handler.pkgs=org.apache.catalina.webresources -Dorg.apache.catalina.security.SecurityListener.UMASK=0027 -Dignore.endorsed.dirs= -Dcatalina.base=/home/jenkins/tomcat/jenkins -Dcatalina.home=/home/jenkins/tomcat/jenkins -Djava.io.tmpdir=/home/jenkins/tomcat/jenkins/temp
12675 Jps -Denv.class.path=.:/home/ubuntu/software/jdk/jdk1.8.0_151/lib:/home/ubuntu/software/jdk/jdk1.8.0_151/jre/lib -Dapplication.home=/home/ubuntu/software/jdk/jdk1.8.0_151 -Xms8m
11.2 jstat
虚拟机统计信息监控:类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据
11.3 jinfo
实时查看和调整虚拟机各项参数
11.4 jmap
生产堆转储快照
$ jmap -dump:format=b,file=jenkins.bin 13154
Dumping heap to /home/jenkins/jenkins.bin ...
Heap dump file created
-XX:+HeapDumpOnOutofMemoryError : 虚拟机在OOM异常出现后自动生成dump文件
# 显示堆中对象通信信息
$ jmap -histo 13154 | less
11.5 jhat
功能:分析jamp生成的堆转储快照
一般不会在生产服务器上进行分析,非常耗CPU和内存,不常用
[email protected]:~$ jhat jenkins.bin
Reading from jenkins.bin...
Dump file created Thu Feb 14 11:43:45 CST 2019
Snapshot read, resolving...
Resolving 12022774 objects...
Chasing references, expect 2404
dots
Eliminating duplicate references
Snapshot resolved.
Started HTTP server on port 7000
Server is ready.
浏览器访问http://ip:7000 查看分析结果
11.7 jstack
功能: 生成虚拟机当前时刻的线程快照,用来定位线程出现长时间停顿的原因,如线程见死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待等
jstack -l 13154
11.8 jconsole
- 内存监控
- 线程监控
死锁
11.9 jvisualvm
12. 性能调优
调优需要的技能:
- 知识
- 工具
- 数据
- 经验
以上是关于JVM虚拟机基础知识的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章