2022-06-16 23:29 已编辑北京科技大学 Java

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07-JVM初探学习记录

JVM

常见面试题

谈谈对JVM的理解？java8虚拟机和之前的变化更新？
什么是OOM，什么是栈溢出StackOverFlowError？怎么分析
JVM常用调优参数有哪些？
内存快照如何抓取，怎么分析Dump文件？
JVM中，类加载器的认识？

JVM位置

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JVM的体系结构

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java栈、本地方法栈、程序计数器不可能存在垃圾，所以JVM调优99%是对堆和方法区（方法区属于特殊的堆）的优化

类加载器

作用：加载class文件 new xx()；

负责加载class文件(classs文件在文件开头有特定的文件标识)，将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些内容转换成方法区中的运行时数据结构；ClassLoader只负责加载class文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定。

1、BootStrapLoader(引导类加载器)

2、Extension ClassLoader(扩展类加载器)

3、Application ClassLoader(应用程序类加载器)

4、虚拟机自带的加载器

Car c1 = new Car();
Car c2 = new Car();
Car c3 = new Car();
System.out.println(c1.hashCode());
System.out.println(c2.hashCode());
System.out.println(c3.hashCode());
Class<? extends Car> c1Class = c1.getClass();
System.out.println(c1Class);
System.out.println(c1Class.hashCode());
System.out.println(c1Class.getClassLoader()); //AppClassLoader      
System.out.println(c1Class.getClassLoader().getParent()); //ExtClassLoader   jre/lib/ext/*.jar
System.out.println(c1Class.getClassLoader().getParent().getParent()); //null,  Java程序获取不到，用C写的  rt.jar

String s = "kaka";
System.out.println(s.getClass().getClassLoader());

//===========================================460141958
1163157884
1956725890
class com.kaka.jvm.pojo.Car
356573597
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@14dad5dc
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@677327b6
null
460141958
1163157884
1956725890
class com.kaka.jvm.pojo.Car
356573597
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@14dad5dc
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@677327b6 
null   
null  //根加载器

双亲委派机制

package java.lang;
public class String {
    /**
     * 双亲委派机制：安全考虑
     * APP===》EXT ===》 BOOT（最终执行根加载器中的）
     * 只有当EXT和BOOT中没有这个类的时候，才会使用APP
     *
     *
     * 1、类加载器收到类加载的请求
     * 2、将这个请求向上委托给父类加载器去完成，一直向上委托，直到启动类加载器
     * 3、启动类加载器检查是否能加载当前这个类，能加载就结束，否则抛出异常，通知子类加载器进行加载
     * 4、直到ApplicationClassLoad，如果也不能加载，抛异常 ClassNotFoundException
     * @return
     */
    public String toString(){
        return "kaka";
    }
    public static void main(String[] args) {
        String s = new String();
        s.toString();
    }
}
//=====================================
错误: 在类 java.lang.String 中找不到 main 方法, 请将 main 方法定义为:
   public static void main(String[] args)
否则 JavaFX 应用程序类必须扩展javafx.application.Application

沙箱安全机制

组成沙箱的基本组件：

字节码校验器（bytecode verifier）：确保Java类文件遵循Java语言规范。这样可以帮助Java程序实现内存保护。但并不是所有的类文件都会经过字节码校验，比如核心类
类加载器（ClassLoader）：类加载器在三个方面对沙箱起作用
- 防止恶意代码干涉善意代码；
- 守护了被信任的类库边界；
- 将代码归入保护域，确定代码可以进行哪些操作

虚拟机为不同的类加载器载入的类提供不同的命名空间，命名空间由一系列唯一的名称组成，每一个被加载的类将有一个名字，这个命名空间是由java虚拟机为每一个类加载器维护的，他们之间也是不可见的。

类加载器采用的机制是双亲委派机制：

从最内层JVM自带类加载器开始加载，外层恶意同名类得不到加载从而无法使用；
由于严格通过包来区分了访问域，外层恶意的类通过内置代码也无法获得权限访问到内部类，破坏代码就自然无法生效。
存取控制器（AccessController）：可以控制核心API对操作系统的存取权限，而控制的策略设定可以由用户指定；
安全管理器（SecurityManager）：是核心API和操作系统之间的主要接口，实现权限控制，比存取控制器优先级高；
安全软件包（SecurityPackage）：java.security下的类和扩展包下的类，允许用户为自己的应用增加新的安全特性，包括：
- 安全提供者
- 消息摘要
- 数字签名 keytools
- 加密
- 鉴别

native

new Thread(()->{
    System.out.println("猎杀时刻开始了");
},"my thread").start();

//java.lang.Thread#start0
private native void start0();

凡是带了native关键字的，说明java的作用范围达不到了，会去调底层c语言的库！

会进入本地方法栈 ----》调用本地方法接口（JNI java native interface）

JNI作用：扩展java的使用，融合不同的编程语言为java所用，现在如果想要使用其他语言的功能，可以使用socket、webservice、http

java专门为native开辟了一块标记区域-本地方法栈（native method stack），负责登记native方法，在执行引擎（Execution Engine）最终执行的时候，通过JNI加载本地方法库中的方法

PC寄存器

程序计数器：program counter register

每一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，也就是即将执行的指令代码），在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。

方法区

method area：

方法区是被所有线程共享，所有字段和方法字节码以及一些特殊的方法，如构造函数、接口代码，简单的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）、运行时的常量池也在方法区中，但是实例变量存在于堆内存中，与方法区无关==
static 、final、Class类模板、常量池

栈

栈内存，主观程序的运行，生命周期和线程同步，线程结束，则栈内存释放，所以对于栈来说，不存在垃圾回收问题。

内容：

八大基本类型
对象引用
实例方法

运行原理：栈帧（一个方法可以不认为就是一个栈帧）

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栈如果满了，就会抛出错误：StackOverflowError

三种JVM

① Sun公司的HotSpot ② BEA公司的JRockit ③ IBM公司的J9 JVM
	在JDK1.7及其以前我们所使用的都是Sun公司的HotSpot，但由于Sun公司和BEA公司都被oracle收购，
		jdk1.8将采用Sun公司的HotSpot和BEA公司的JRockit两个JVM中精华形成jdk1.8的JVM

堆 heap

一个JVM只有一个堆内存，堆内存的大小是可以不调节的。

类加载器读取了类文件后，会将 类、方法、常量、变量等所有引用类型的真实对象保存到堆内存中！

堆内存分类：

新生区（伊甸园区）young/new youngGC
养老区old FullGC
永久存储区（JDK8以后，改成元空间，归并到方法区）

堆内存满了，也会抛出错误OOM（OutOfMemoryError）

新生区

类：诞生和成长的地方，甚至死亡
分为伊甸园区（Eden space）、幸存0区、幸存1区，比例默认是8:1:1

老年区

youngGC没有清理掉的

永久区

jdk6之前：永久代，常量池在方法区中
jdk7：永久代，慢慢退化，提出去永久代，常量池在堆中
jdk8：无永久代，常量池在元空间

这个区域是常驻内存的，用来存放jdk自带的Class对象、Interface元数据，存储的是java运行时的一些环境或类信息，这个区域不存在垃圾回收，关闭JVM虚拟机就会释放这个区域的内存。

崩溃情况

一个启动类加载了大量的三方jar包
Tomcat部署了太多的应用
大量动态生成的反射类，不断的被加载，知道内存满就会出现oom

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//
long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();
//返回jvm的初始化总内存
long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();

System.out.println("max:"+maxMemory/1024.0/1024);
System.out.println("total:"+totalMemory/1024.0/1024);
//=====================
max:1792.0
total:121.0
16:1
     
//调整JVM参数   
//-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails;
max:981.5
total:981.5
Heap
 PSYoungGen      total 305664K, used 26214K [0x00000000eab00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 262144K, 10% used [0x00000000eab00000,0x00000000ec499be8,0x00000000fab00000)
  from space 43520K, 0% used [0x00000000fd580000,0x00000000fd580000,0x0000000100000000)
  to   space 43520K, 0% used [0x00000000fab00000,0x00000000fab00000,0x00000000fd580000)
 ParOldGen       total 699392K, used 0K [0x00000000c0000000, 0x00000000eab00000, 0x00000000eab00000)
  object space 699392K, 0% used [0x00000000c0000000,0x00000000c0000000,0x00000000eab00000)
 Metaspace       used 3290K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 358K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

//PSYoungGen + ParOldGen = 305664K + 699392K = 981.5m = total;
//Metaspace : 不在堆中

在一个项目中，突然出现oom故障，name如何排查？

Debug，一行行分析代码（线上问题不好排查）
内存快照工具：MAT 、Jprofiler

MAT 、Jprofiler作用：

分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏；
获取堆中的数据
获得大的对象

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下载安装打开客户端：

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打开idea

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配置jvm参数：-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid124.hprof ...
Heap dump file created [7719145 bytes in 0.023 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at com.kaka.jvm.Demo03.<init>(Demo03.java:7)
	at com.kaka.jvm.Demo03.main(Demo03.java:15)

用Jprofiler打开该文件：java_pid124.hprof

alt

public class Demo03 {

    byte[] arr = new byte[1*1024*1024];  //1m

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Demo03> list = new ArrayList<>();
        int count = 0;
        try{
            while(true){
                list.add(new Demo03());
                count++;
            }
        }catch (Error e){
            System.out.println("失败次数："+count);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
//=================================
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid11272.hprof ...
Heap dump file created [7722385 bytes in 0.017 secs]
失败次数：6
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at com.kaka.jvm.Demo03.<init>(Demo03.java:7)
	at com.kaka.jvm.Demo03.main(Demo03.java:15)

GC

JVM在进行GC时，并不是对三个区域统一回收，大部分时候都是回收新生代

新生代
幸存区（from、to）
老年代

GC两种类：轻GC、重GC，也可以认为是youngGC和fullGC

面试题：

JVM的内存模型和分区，详细到每个分区放什么？
堆里面的分区有哪些？Eden、from、to、old，说说各区特点？
GC的算法有哪些？标记清除法、标记压缩、复制算法、引用计数器，怎么用的？
轻GC和重GC分别在什么时候发生？

引用计数（Java没有采用）

每个对象有一个引用计数属性，新增一个引用时计数加1，引用释放时计数减1，计数为0时可以回收。此方法简单，但无法解决对象相互循环引用的问题，如下图所示。

①当出现左边绿色的情况时，假设外部对A的引用消除，此时因为A引用计数从1减为0，A将被清除。从而对B的引用也消除，B的计数减为0，GC将正确回收对象{A, B}

②然而若出现右边橙色状况，假设外部对E的引用消除，外部对于对象集{C,D,E}不再有引用，但他们之间出现循环引用现象，计数始终保持为1，导致{C,D,E}无法被回收。 alt

复制算法（jvm新生代回收）

每次GC都会将Eden活的对象移到幸存区中，一旦Eden被GC，就会变为空的！
当一个对象经历了15次GC，都还没有被清理，就会到老年代。这个次数由下面这个参数控制
适用场景：对象存活度较低的时候
```
-XX:MaxTenuringThreshold=15
```

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MaxTenuringThreshold设置垃圾的最大年龄. 默认为15 . 最大也是15,在jdk8中. 范围为 0到15.

标记清除法（jvm老年代回收）

alt

标记压缩（jvm老年代回收）

优化标记清除算法，防止内存碎片产生

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总结

内存效率：复制算法>标记清除算法>标记压缩算法（时间复杂度）

内存整齐度：复制算法=标记压缩算法>标记清除算法

内存利用率：标记压缩算法=标记清除算法>复制算法

疑问：没有最优算法么？

答：没有最好的算法，只有最合适的算法------》GC：分代回收算法

新生代：

存活率低
复制算法

老年代：

区域大：存活率
标记清除（内存碎片不是太多）+标记压缩混合实现

JMM

Java Memory Model（JMM）java内存模型，区别与java内存结构。JMM定义了一套在多线程读写共享数据（变量、数组）时，对数据的可见性、有序性和原子性的规则和保障。

参考：https://www.jianshu.com/p/51768fcdf6cb

synchronize和volatile对比

1、volatile是线程同步的轻量级实现，性能比synchronize好 2、volatile只能修饰变量，而synchronize可以修饰方法、代码块和变量 3、volatile多线程时不会发生阻塞，而synchronize会阻塞线程 4、volatile可以保证可见性和有序性（禁止指令重排），无法保证原子性，而synchronize都可以保证 总结：volatile就是保证变量对其他线程的可见性和防止指令重排序而synchronize解决多个线程访问资源的同步性