jvm入门

Posted 2021-03-15 anyux

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title: jvm入门 date: 2020-01-09 15:29:43 tags:

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JVM

问题

1. 请谈谈你对JVM的理解？Java8的虚拟机有什么更新？
2. 什么是OOM?什么是StackOverFlowErro?有哪些方法分析？
3. JVM的常用调优你知道哪些？
4. 内存快照抓取和MAT分析DUMP文件知道吗？
5. 谈谈JVM中，对类加载器你的认识？

JVM体系结构概述

Java Virtual Machine 操作系统(Windows/Linux) 硬件体系(Intel/SPAC)

JVM是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互

安卓系统是Linux内存+JVM

graph TB; 　　JVM -->|Java Virtual Machine|操作系统; 　　操作系统-->|Java Virtual Machine|JVM; 　　操作系统-->|Windows/Linux|硬件体系; 　　硬件体系-->|Intel/SPAC|操作系统;

堆体系结构概述

jvm图片2

类加载器

入口，负责加载class文件，class文件在文件开头有特定的文件标示，并且ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定

类加载器图片

类加载器分类

1. 虚拟机自带的加载器
2. 启动类加载器(Boostrap)C++
3. 扩展类加载器(Extension)Java
4. 应用程序类加载器(AppClassLoader)Java，也叫系统类加载器，加载当前应用的classpath的所有类
5. 用户自定义加载器
   1. Java.lang.ClassLoader的子类，用户可以定制类的加载方式

// 获取类加载器
public static void main(String args[]){
    Object obj = new Object();
    Demo01 d01 = new Demo01();
    String str = new String("abc");
    
    // 输出null ,因为是启动类加载器，无法获取
    // 启动类加载器
    System.out.println(obj.getClass().getClassLoader().getParent());
    // 输出sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@xxxx
    // 输出扩展类加载器
    System.out.println(obj.getClass().getClassLoader().getParent().getParent());
    // 输出sun.misc.Launcher$AppClassLoader@xxxxx
    // 输出应用程序类加载器
    System.out.println(obj.getClass().getClassLoader().getParent().getParent());
}

出口，Execution Engine执行引擎负责解释命令，提交操作系统执行

本地方法栈

线程是否创建问题

new Thread().start();

提问：以上线程代码执行后，是否会产生线程

回答：我不确定是否会产生线程，线程启动是操作系统启动的。查看源码最终发现start0()函数定义方式为private native void start0()，而native表示本地方法，意味着是操作系统层面的，而非语言本身。上面代码的意思是，向操作系统提出请求，创建线程，具体结果需要等待操作系统的响应

本地方法栈调用本地方法接口，一般是通过c/c++编写的,如连接jdbc,redis调用动态链接库，还需要本地方法库

Native Interface本地接口

本地接口的作用是融合不同的编程语言为Java所用，它的初衷是融合C/C程序，Java诞生的时候是C/C横行的时候，要想立足，必须有调用C/C++程序，于是就在内存中专门开辟了一块区域处理标记为native的代码，它的具体做法是Native Methond Stack中登记native方法，在Execution Engine执行时加载native libraies

目前该方法使用的少了，除非是与硬件有关的应用，比如通过Java程序驱动打印机或者Java系统管理生产设备，在企业级应用中已经比较少见了。因为现在的异构领域间的通信很发达，比如可以使用Socket通信，也可以使用Web Service等待

Native Methond Stack

它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine执行时加载本地方法库

程序计数器 Program Counter Register

每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码(用来存储指向下一条指令的地址，也即将要执行的指令代码)，由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计

Method Area 方法区

方法区被所有线程共享，所有字段的方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数，接口代码也在此定义。简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区域属于共享区间。

静态变量+常量+类信息(构造方法/接口定义)+运行时常量池存放在方法区中

但是

实例变量存在堆内存中，和方法区无关

Java栈

课本上：程序=数据结构+算法

业务上：程序=业务需求+框架

队列：先进先出

栈：先进后出

pc寄存器和Java栈都是线程私有

graph BT; 　　main["main (栈底)"]-->|1入栈|test01; 　　test01-->|2入栈|test02; 　　test02["test02 (栈顶)"]-->|3出栈|test01; 　　test01-->|4出栈|main;

Stack栈

Stack栈是什么

栈也叫栈内存，主管Java内存的运行，是在线程创建时创建，它的生命周期是跟随线程的生命周期，线程结束栈 内存也就释放，对于栈来说不存在垃圾回收问题，只要线程一结束该栈就Over，生命周期和线程一致，是线程私有的。8种基本类型的变量+对象的引用变量+实例方法都在函数的栈内存中分配

栈存储什么？

栈帧中主要保存3种数据

1. 本地变量(Local Variables)：输入参数和输出参数以及方法内的变量
2. 栈操作(Operand Stack):记录出栈、入栈的操作
3. 栈帧数据(Frame Data):包括类文件、方法等等

栈错误

Excetipon in thread "main" java.lang.StackOverflowError

循环调用某个方法，就出现栈内存溢出

解决办法，找到报错行代码，禁止循环调用方法

栈+堆+方法区的交互关系

三种JVM

1. Sun公司的HotSpot
2. BEA公司的JRockit
3. IBM公司的J9 VM

HotSpot是根据JVM规范生成的产品

HotSpot(品牌名)是使用指针的方式来访问对象：Java堆中会存放访问类元数据的地址，reference存储的就直接是对象的地址

堆体系结构

一个JVM实例只存在一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的。类加载器读取类文件后，需要把类、方法、常量、变量放到堆内存中，保存所有引用类型的真实信息，以方便执行器执行，堆内存分为三个部分：

1. Young Generation Space 新生区 Young/New
2. Tenure Generation Space 养老区 Old/Tenure
3. Permanent Space 永久区 Perm

堆内存逻辑上分为三部分：新生+养老+永久

graph TB; subgraph 新生区 伊甸区["伊甸区 Eden Space"] -->|GC|幸存0区["幸存0区 Survivor 0 Space"] 幸存0区["幸存0区 Survivor 0 Space"] -->|GC|幸存1区["幸存1区 Survivor 1 Space"] end subgraph 养老区 养老区["养老区Tenure Generation Space "] end subgraph 永久存储区 永久存储区["永久存储区 Permanent Space "] end 幸存1区-->|Full GC|养老区 养老区-->|不可达|永久存储区

新生区

新生区是类的诞生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命。新生区又分为两部分：伊甸区(Eden space)和幸存者区(Survivor space)，所有的类都是在伊甸区被new出来的。幸存区有两个:0区(Surviror 0 space)和1区(Surviror 1 space).当伊甸园的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸区进行垃圾回收(Minor GC)，将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存0区。若幸存0区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到1区。那如果1区也满了呢？再次垃圾回收，满足条件后再移动到养老区。若养老区也满了，那么这个时候将产生MajorGC(FullGC)，进行养老区的内存清理。若养老区执行了Full GC之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常"OutOFMemoryError"

如果出现java.lang.OutOFMemoryError:Java heap space异常，说明Java虚拟机的堆内存不够。原因有二：

1. Java虚拟机的堆内存设置不够，可以通过参数-Xms(初始内存大小)、-Xmx(最大内存大小)来设置
2. 代码中创建了大量对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集(存在被引用)

Sun HotSpot内存管理

分代管理

graph LR; subgraph Perm main("<br>Perm<p></p>"); Method("对应Method<br>Area 永久区") end subgraph Heap Eden("Eden 8")-->|GC|S0("S0"); S0("S0 1") -->|GC|S1("S1"); S1("S1 1") -->|Full GC|养老区("Old"); ny("New/Young")==包含==>Eden; ny("New/Young")==包含==>S0; ny("New/Young")==包含==>S1; end main -.- ny classDef main fill:#a9c,stroke:#66f,stroke-width:2px,stroke-dasharray:5,5; classDef ny fill:#caa; classDef Method width:100px; class main main;　　 class ny ny; class Method Method;

经研究，不同对象的生命周期不同，98%的对象是临时对象

新生区

由Eden、两块相同大小的Survivor(又称为from/to,s0/s1)构成，to总为空

旧生区

存放新生代中经历多次(默认15次)GC仍然存活的对象

数据库连接池，线程池

永久区

永久存储区是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身所携带的Class Interface的无数据，也就是说它存储的是运行环境必须的类信息，被装载此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉，关闭JVM才会释放此区域所占用的内存

如果出现java.lang.OutOfMenoryError:PermGen space,说明是Java虚拟机对永久代Perm内存设置不够。一般出现这种情况，都是程序启动需要加载大量的第三方jar包。例如：在一个Tomcat下部署了太多的应用。或者大量动态反射生成的类不断被加载，最终导致Perm区被占满。

1. Jdk1.6及以前：有永久代，常量池1.6在方法区
2. Jdk1.7:有永久代，但已经逐步"去永久代",常量池1.7在堆
3. Jdk1.8:无永久代，常量池1.8在元空间

熟悉三区结构后方可学习JVM垃圾收集

堆参数调优入门

总结