jvm相关知识点学习

Posted 2022-04-27 wcgstudy

1、Class loader类加载器： 

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

     

2、Native Interfice

      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。它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine执行时加载native libraies.

     目前该方法使用的越来越少，除非是与硬件有关的应用。

3、method Area方法区

      方法区是被所有的线程共享，所有的字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数，接口代码也在此进行定义，简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区属于共享区间。

      静态变量+常量+类信息+运行时常量池存在方法区中+实例变量存在堆内存中

4、PC Register 程序计数器

   每个线程都有一个程序计数器，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（下一个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。

5、Native Method Stack 本地方法栈

     它的具体做法是Native Method Stack中登记的native方法，在Execution Engine执行时加载native libraise.

6、Stack栈是什么

      栈也叫栈内存，主管java 程序的运行，是在线程创建时创建，它的生命期是跟随线程的生命期，线程结束栈内存也就会释放，对于栈来说不存在垃圾回收的问题，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。基本类型的变量和对象的引用变量都是在函数的栈内存中分配。

6.1、栈存储什么

      栈帧中主要保存3类数据：

      本地变量（local variables）：输入参数和输出参数以及方法内的变量

     栈操作（Operand Stack）: 记录出栈、入栈的操作

     栈帧数据（Frame Data）: 包括类文件方法等

6.2 、栈运行的原理

    栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，是一个有关方法（Method）和运行期数据的数据集，当一个方法A被调用时就产生了一个栈帧F1，并被压入到栈中，A方法有调用了B方法，于是产生的栈帧F2也被压入栈，B方法又调用了C方法，于是产生的栈帧F3也被压入栈，。。。。。执行完毕后，先弹出F3栈帧，再弹出F2栈帧，在弹出F1栈帧，遵循着“先进后出”“后进先出”的原则

三种JVM

sun公司的HotSpot

BEA公司的JRockit

IBM公司的J9 VM

堆内存示意图：

      

  

注：伊侚区（Eden Space） 幸存0区（Survivor 0 Space） 幸存1区（Survivor 1 Space） 养老区（Tenure Generation Space） 永久存储区（Permanent Space）

7.1 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（Survicor space）,所有的类都是在伊甸区被new 出来的。幸存区有两个：0区（Survicor 0 space）和 1区（Survivor 1 space）。当伊甸园的空间用完时，程序有需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收（Minor GC），将伊甸园区中的不在被其他对象引用的对象进行销毁。然后将伊甸园中剩余对象移动到幸存0区。若幸存0区也满了，在对该区进行垃圾回收，然后移动到1区。如果1区也满了，在移动到养老区。若养老区也满了，那么这个时候产生Major GC（FullGC ）,进行养老区内存清理。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“outofmemoyrError”

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的不够，可以通过参数-Xms、-Xmx来调整。

   （2）代码中创建了大量的大对象，并且长时间不能被垃圾收集器手机（存在被引用）

7.2 养老区

     养老区用于保存从新生区筛选出来的JAVA对象，一般池对象都在这个区域活跃。

 7.3 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的元数据，也就是说它存储的是运行环境必须的类信息，被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，关闭JVM才会释放此区域所占的内存。

    如果出现java.lang.outofmemoryError:PermGen space,说明是java虚拟机对永久代Prem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的被加载，最终导致Prem区被占满。

JDK1.6及以前：有永久代，常量池1.6在方法区

JDK1.7：有永久代，但已经逐步“去永久代”，常量池1.7在堆

JDK1.8：无永久代，常量池1.8在元空间

实际而言，方法区（Method）和对一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储虚拟机加载的：类信息+普通常量+静态常量+编译器编译后的代码等，虽然JVM规范将方法区描述为堆的一个逻辑部分，但它还有一个别名叫做Non-Heap(非堆)，目的就是要和对分开

     对于HotSpot虚拟机，很多开发者习惯于将方法区称之为“永久代”，但严格本质上说两者是不同的，或者说使用永久代来实现方法区而已，永久代是方法区（相当于一个接口interface）的一个实现，jdk1.7的版本中，已经将原本放在永久代的字符串常量池移走。

    常量池（Constant pool）是方法区的一部分，class文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息就是常量池，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放 。

  

  

jdk 1.8之后将最初的永久代取消了，有元空间取代

目的：将HotSpot 与 JPockit 两个虚拟机的标准合起来了

堆内存调优简介：

  -Xms :  设置初始分配大小，默认为物理内存的“1/64”

 -Xmx : 最大分配内存，默认为物理内存的“1/4”

-xx+PrintGCDetail: 输出详细的GC处理日志

一般什么时候发生GC，如何处理；

  java中的GC会有两种回收： 年轻代的Minor GC，另外一种就是老年代的FUll GC，新对象创建的时候，如果伊甸园的空间不足会触发MinorGC，如果此时老年代的内存空间不足会触发FULL GC，如果空间都不足就会抛出OutOf MemoryError。

GC回收策略的理解：

年轻代（伊甸园+两个幸存区），GC回收策略为“复制”

老年代的保存空间一般较大，GC回收策略为“整理-压缩”；

 

JVM在进行GC时，并非每次都对上面三个内存区域一起回收，大部分时候收的都是指新生代。

因此GC按照回收的区域又分为了两种类型，一种是普通GC（minor GC），一种是全局GC（major GC or FUll GC）,普通GC（minor GC）:只针对新生代区域的GC

 全局GC（major GC or full GC ）: 针对老年代GC，偶尔伴随对新生代GC以及对永久代的GC。

GC的三种算法：

1、年轻代中使用的是Minor GC，这种GC算法采用的是复制算法（Coping）

原理：Minor GC 会把Eden中的所有活的对象都移到Survivor区域中，如果Survivor区中放不下，那么剩下的活的对象就被移到Old generation中，也即一旦收集后，Eden就变成空的了

当对象在Eden（包括一个Survivor区域，这里假设是from区域）出生后，在经过一次Minor GC后，如果对象还存活，并且能够被另外的一块Survivor区域所容纳（上面已经假设为from区域，这里应为to区域，即to区域又足够的内存空间来存储Eden和from区域中存活的对象，）则使用复制算法将这些任然还存活的对象复制到另外一块Survivor区域（即to区域），然后清理所使用过的Eden以及Survivor区域（即from区域），并且将这些对象的年龄设置为1，以后对象在Survivor区每熬过一次Minor GC,就将对象的的年龄+1，当对象的年龄达到某个值时（默认是15岁，通过-xx:maxTenuringThreshold来设定参数），这些对象就会成为老年代

-XX：MaxTenuringThreshold --设置对象在新生代中存活的次数

年轻代中的GC，主要是复制算法（Copying）

HotSpot JVM把年轻代分为了三部分：1个Eden区和2个Survivor区（分别叫from和to），默认比例是8:1：1，一般情况下，新创建的对象都会被分配到Eden区（一些大对象特殊处理），这些对象经过第一次Minor GC后，如果任然存活，将会被移到Survivor区，对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，年龄就会增加1岁，当他的年龄增加到一定的程度的时候，就会被移动到年老代中。因为年轻代中的对象基本都是朝生夕死的（80%）以上，所以在年轻代的垃圾回收算法使用的是复制算法，复制算法的基本思想就是将内存分为两块，每次只用其中的一块，当这一块内存用完，就将还活着的对象复制到另一块上。复制算法不会产生内存碎片。

 

   在GC开始的时候，对象只会存在于Eden区和名为“from”的Survivor区，Survivor区“to”是空的，紧接着进行GC，Eden区所有存活的对象都会被复制到“To”，而在from区中，任存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向，年龄达到一定的值（年龄域值，可以通过-XX:MaxTenuringThreshold来设置）的对象会被移动到老年代中，没有达到阈值的对象会被复制到“To”区域，经过这次GC后，Eden和From区已经被清空，这个时候，“from”和“To”会交换他们的角色，也就是新的“To”就是上次GC前的From，新的“from”就是上次GC前的“To”,不管怎样，不管怎样都会保证名为To的Survivor区域是空的，Minor GC会一直重复这样的过程，知道“To”区被填满之后，会将多有的对象移动代老年代中。

 

    因为Eden区对象一般存活率低，一般的，使用两块10%的内存作为空闲和活动区间，而另外80%的内存，则是用来给新建对象分配内存的。一旦发生GC，将10%的活动区与另外80%中存活的对象转移到10%的空闲区间，接下来，将之前90%的内存全部的释放，一次类推。

   复制算法的优点和缺点：

    复制算法弥补了标记/清除算法中，内存布局混乱的缺点，不过与此同时，它的缺点也是相当明显的。

   1、它浪费了一半的内存，这太要命了

   2、如果对象的存活率很高，我们可以极端一点，假设是100%的存活，那么我们需要将所有的对象都复制一遍，并将所有的引用地址重复一遍。复制这一工作所花费的时间，在对象存活率达到一定程度时，将会变得不可忽视，所以从以上描述不难看出，复制算法要想使用，最起码对象的存活时间要非常低才行，而且最重要的是我们必须要克服50%的内存浪费。

标记清除/标记整理算法：FULLGC又叫MajorGC（全局GC）

老年代一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现。

标记清除： 1、标记：从根集合开始扫描，对存活的对象进行标记。

                    2、清除： 扫描整个内存空间，回收未被标记的对象，使用free-list记录可以标记的区域。

标记清除的优点和缺点：

             1、首先，他的缺点是效率比较低（递归与全堆对象遍历），而且在进行GC的时候，需要停止应用程序，这会导致用户体验非常的差劲。

             2、其次，主要的缺点是这种方式清理出来的空闲内存不是连续的，这点不难理解，我们的死亡对象都是随即的出现在内存的各个角落的，现在把他们清除之后，内存的布局自然会乱七八糟。而为了应付这一点，JVM就不得不维持一个内存的空闲列表。这又是一种开销，而且在分配数组对象的时候，寻找连续的内存空间会不太好找。

 标记整理：标记整理算法唯一的缺点就是效率也不高，不仅要标记所有存活的对象，还要整理所有存活对象的引用地址。从效率上来说，标记/整理算法要低于复制算法。

内存效率：复制算法>标记清除算法>标记整理算法（此处的效率只是简单的对比时间复杂度，实际情况不一定如此）

内存整齐度：复制算法=标记整理算法>标记清除算法

内存利用率：标记整理算法=标记清除算法>复制算法

有没有最有的GC算法：没有，只有最合适的算法======> 分代收集算法