认真阅读思考就能深入认识JVM

Posted 2021-03-03 chai-blogs

一、JVM基础（JVM是什么?　 JRE是什么?　JDK是什么?）

a)         JVM是什么?

编写的Java文件编译成class文件，class文件放入JVM中转义机器码，让机器执行

                         i.              Java跨平台：一次编译到处运行原理，是因为安装了不同文件操作系统的JDK（JVM）， 字节码（class）文件适配不同底层的操作系统（不同操作系统的文件操作/描述符不同，不同操作系统的句柄也不同），所以通过字节码（class）文件和JVM帮我们屏蔽了底层的操作系统，是字节码（class）文件做中间语言实现的跨平台，所以结论：JVM软件层面屏蔽了底层硬件、指令层面的细节。

（知识扩展，C/C++是跨平台的吗？是，但这是层次问题，原因是：C/C++ 是通过编译器编译实现的跨平台，需要在编译级别去兼容底层不同的操作系统和不同实现，所以C/C++编写代码时不同操作系统下的编码不同）

 

 

 

                        ii.              如上图所示：JVM屏蔽了所以的Platforms(平台)，JVM是JRE中的一部分，JVM分为两部分：Client VM和Server VM，JDK1.8以后就没有了Client VM （因为机器是64位操作系统，支持内存理论可达无限，而Client VM最大只能支持内存4G，原因：机器是二进制存储，如果系统是32位，那2^32=4G，操作系统最大只能支持4G）

 

 

 

 

b)         JRE是什么?

JRE(Java Runtime Environment) ：JVM + Java运行时的底层类库（大部分是使用C/C++写的）

c)         JDK(Java Development ToolKit) : JRE + 编辑Java文件所需要的编译器和监控JVM的监控工具

二、为什么要学JVM？

因为面试造火箭，工作拧螺丝，玩笑，继续

a)         为什么Java从1995年支撑到如今？为什么Java在企业级开发占据领域？为什么Java在开发语言中占据第一？

是因为内存管理，因为编写Java不需要关注内存问题，不需要关心创建对象后回收问题，所以我们的精力可以专注在业务实现上面；相比C/C++，比如创建数组还需要malloc分配内存，并且还需要自己手动free释放内存

b)      但As the saying goes, every coin has two sides（俗话说，每个硬币都有两面），因为在编写代码时不需要关注内存管理时，所以更需要了解内存问题。

如果发生内存出现问题或内存泄漏/溢出，无知将无措，有追求的程序员要知其然知其所以然，所以要学JVM。

三、JVM运行时数据区

a)         什么是运行时数据区？学了有什么用？怎么学？

运行时数据区：顾名思义，代码在运行时创建的数据区。运行时数据区又分为数据区和指令区

 

 

 

 

Java类内容只包含：数据、指令、控制三种（常量、静态变量、成员变量为数据；运算是指令；结束返回是控制）

（知识扩展：计算机也包含三流[数据流、指令流、控制流]）

b)         程序计数器：类似与计算机指令寄存器存储在RAM里，指向当前线程正在执行的字节码指令的地址（行号）：Java最小的执行单位是线程，线程执行指令，操作系统CPU运行指令，CPU运行指令是由不稳定的调度策略调度，而调度策略是基于轮转时间片（执行顺序是抢占式），所以当前时间点分配给哪个指令是不确定的，未抢占成功的指令将会挂起，而线程主要作用是运行指令（不记录当前指令运行状态），指令状态是由程序计数器记录的。指令要恢复执行状态就要去找到自己私有的程序计数器中的地址（行号）

程序技术器是线程私有/独享的一个变量

c)         虚拟机栈：

推导：虚拟机栈——》栈——》数据结构——》存储数据

解释：存储当前线程运行方法时所需要的数据、指令、返回地址

                         i.              类方法是由线程执行，而线程是一个执行者，不会存储数据。线程执行类方法时的数据结构就是虚拟机栈

                       ii.              虚拟机栈FILO（first-in last-out，先进后出）：基础单位是栈帧，其中一个方法就是一个栈帧，每个栈帧长度不一。栈帧包含：局部变量表、操作数栈、动态链接、出口等；

1. 局部变量表：是存储执行方法时的变量和对应的值，是一个在编译时期就能知道大小的定长（32位）区块， 2^32=4G寻址空间；
2. 操作数栈：是存储执行方法时的操作数或中间结果（存储方法运行时暂存的操作数据）；
3. 动态链接：是Java具备动态特性运行时多态，执行方法解析成员变量是接口（此接口被其他类实现）时，该成员变量调用方法（此接口方法被实现的类的方法）的过程可以理解位时动态链接
4. 出口：每个执行的方法都会有一个return结束方法，因为方法入栈就必须要出栈，出栈有两种方法：正常出栈，异常出栈

引申：当一个方法A调用另一个方法B时，在虚拟机栈内的位置是B在A的前面（因为栈是先进后出）

类成员引用变量值是存储在Heap（堆）内，所以在执行方法应用到成员引用变量时会有栈指向堆的操作（栈帧内局部变量表存储成员引用变量是存储指向堆的地址）

                      iii.              虚拟机栈是有大小的，超出大小会报StackOverflowError错误

d)         本地方法栈：带native修饰的方法是本地方法（本地类库，大多由C/C++语言编写），过程可对比虚拟机栈

e)         方法区：根据版本呢划分，版本<=1.6存储的是类信息、常量、静态变量（常量、静态变量是存储在方法区内，成员引用变量是存储在堆内，局部变量是存储在虚拟机栈的栈帧内；版本>=1.7，字符串常量迁移到堆内

f)          Head（堆）

线程共享：方法区和head(堆)

线程独享：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈

 

 

 

 

如上逻辑图不是存储在线程内是存储在寄存器内

四、JVM内存模型

 

 

 理想状态下不触发大对象threshold，不触发age TLAB

新生代是复制回收算法

当申请一个8M的空间会放入到eden区，如果程序运行过程中再去申请一个1M的空间，那正在使用的8M空间会进入空间担保，进入老年代，新生代eden会进行一次Minor gc（基于新生代是复制回收算法，就会触发一次Minor gc/young gc），恢复原有空间，并把1M的空间放入eden区。

 

 最大的变化就是把永久代变成Meta Space（元空间）

优点：再也不需要受到perm size 的限制，Meta Space 是可以无限扩容

缺点：Meta Space不属于堆，Meta Space不可控（会抢占别的区块空间）

假设内存有2G，元空间有256M，Heap（堆）Xms 256m/Xms 1g，当元空间自动扩容超过1G以上，那heap（堆）空间就会异常

 

 

 缺点解决方案：定义best practice MetaSpace大小

（知识扩展：

         数据要存储，那数据就要回收，回收就要有垃圾回收算法

         垃圾回收算法——》垃圾回收器

垃圾回收算法决定了垃圾回收器，不同的区块选用不同的垃圾回收算法，也就是选用不同的垃圾回收器）