JVM探究

JVM探究

一、面試題

1.1、請談談你對JVM的理解？java8虛擬機和之前的變化更新？

1.2、什麼是OOM,什麼是棧溢出StackOverFlowError？怎麼分析？

1.3、JVM的常用調優參數有哪些？

1.4、內存快照如何抓取，怎麼分析Dump文件？知道嗎？

1.5、談談JVM中，類加載器的認知？

二、參考學習的視頻和文章：

本篇主要學自b站狂神，知識淺顯，待進一步學習和完善，學無止盡！

2.1視頻：

狂神說–JVM快速入門

2.2文章:

java中的基本數據類型和引用類型在JVM中存儲在哪?

堆棧知識講解

一看你就懂，超詳細java中的ClassLoader詳解

年輕代、老年代、GC原理詳細拆解

JVM參數列表

三、核心知識

3.1、JVM的位置

​

3.2、JVM的體系結構

3.3、類加載器

1. Bootstrap ClassLoader：最頂層的加載類，主要加載核心類庫，%JRE_HOME%\lib下的rt.jar、resources.jar、charsets.jar和class等；
2. Extention ClassLoader：擴展的類加載器，加載目錄%JRE_HOME%\lib\ext目錄下的jar包和class文件；
3. Appclass Loader：也稱爲SystemAppClass，加載當前應用的classpath的所有類；

package com.lxf.demo5;

public class Car {
    public static void main(String[] args) {
        //類是模板

        Car car1=new Car();
        Car car2=new Car();
        Car car3=new Car();

        //打印每個car對象的hashCode，發現不一樣
        System.out.println(car1.hashCode());
        System.out.println(car2.hashCode());
        System.out.println(car3.hashCode());


        Class<? extends Car> aClass1 = car1.getClass();
        Class<? extends Car> aClass2 = car2.getClass();
        Class<? extends Car> aClass3 = car3.getClass();

        //打印每個car對象的class，發現一樣
        System.out.println(aClass1.hashCode());
        System.out.println(aClass2.hashCode());
        System.out.println(aClass3.hashCode());


        ClassLoader classLoader = aClass1.getClassLoader();

        //打印類加載器

        System.out.println(classLoader);//AppClassLoader 

        System.out.println(classLoader.getParent());//ExtClassLoader 目錄位置：\jre\lib\ext

        System.out.println(classLoader.getParent().getParent());//null java程序獲取不到（底層c、c++寫的） rt.jar
    }
}

3.4、雙親委派機制

package java.lang;

public class String {
  /*
  *JVM加載一個class時先查看是否已經加載過，沒有則通過父加載器，然後遞歸下去，直到BootstrapClassLoader，如果    		   *BootstrapClassloader找到了，直接返回，如果沒有找到，則一級一級返回（查看規定加載路徑），最後到達自身去查找這些對象。這   *種機制就叫做雙親委託
  *
  *作用：
  *1.避免重複加載
  *2.防止惡意加載
  *3.編寫惡意類java.lang.Object，自定義加載替換系統原生類；
  */


    public String toString(){
        return "hello";
    }

    public static void main(String[] args) {
        String s=new String();
        s.toString();
    }
}

3.5、沙箱安全機制

學習文章：沙箱安全機制

3.6、Native（本地方法）

package com.lxf.demo5;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()->{

        },"my thread name").start();
    }
    //native:凡是帶了native 關鍵字的，說明java的作用域範圍抵達不到，會去調用底層c語言的庫！
    //會進入本地方法棧
    //調用本地方法接口 JNI
    //JNI作用：擴展java的使用，融合不同的編程語言爲java所用！ 最初：c,c++
    //java誕生的時候：C、C++ 橫行，想要立足，必須要有調用C、C++的程序
    //它在內存區域中專門開啓一塊標記區域：Native Method Stack,登記了native方法
    //最終執行的時候，通過JNI加載本地方法庫中的方法

    //例如Java程序驅動打印機，管理系統
    private native void start0();
}

3.7、PC寄存器

程序計數器：Program Counter Register

​ 每個線程都有一個程序計數器，是線程私有的，就是一個指針，指向方法區的方法字節碼（用來存儲指向一條指令的地址，也將要執行的指令代碼），在執行引擎讀取下一條指令，是一個非常小的內存空間，幾乎可以忽略不計。

3.8、方法區

Method Area方法區：

​ 方法區是被所有的線程共享，所有字段和方法字節碼，以及一些特殊方法，如構造函數，接口代碼也在此定義，簡單說，所有 定義的方法的信息都保存在該區域，此區域屬於共享空間；

​ 靜態變量、常量、類信息（構造函數、接口定義）、運行時的常量池存在方法區中，但是實例變量存在堆內存中，和方法區無關

​ 比如：static、final、Class、常量池(jdk1.7在堆，jdk1.8在元空間)

3.9、棧

存放：八大基本類型、類對象的引用類型

一：在方法中聲明的變量，即該變量是局部變量，每當程序調用方法時，系統都會爲該方法建立一個方法棧，其所在方法中聲明的變量就放在方法棧中，當方法結束系統會釋放方法棧，其對應在該方法中聲明的變量隨着棧的銷燬而結束，這就局部變量只能在方法中有效的原因

在方法中聲明的變量可以是基本類型的變量，也可以是引用類型的變量。

• 當聲明是基本類型的變量的時，其變量名及值（變量名及值是兩個概念）是放在JAVA虛擬機棧中
• 當聲明的是引用變量時，所聲明的變量（該變量實際上是在方法中存儲的是內存地址值）是放在JAVA虛擬機的棧中，該變量所指向的對象是放在堆類存中的。

二：在類中聲明的變量是成員變量，也叫全局變量，放在堆中的（因爲全局變量不會隨着某個方法執行結束而銷燬）。

同樣在類中聲明的變量即可是基本類型的變量 也可是引用類型的變量

1. 當聲明的是基本類型的變量其變量名及其值放在堆內存中的
2. 引用類型時，其聲明的變量仍然會存儲一個內存地址值，該內存地址值指向所引用的對象。引用變量名和對應的對象仍然存儲在相應的堆中

3.10、三種JVM

• Sun公司 HotSpot (常用)
• BEA JRocjit
• IBM J9 VM

3.11、堆

一個JVM只有一個堆內存，堆內存的大小是可以調節的

類、方法、常量、變量，保存我們所有的引用類型的真實對象；

堆內存中還要細分爲三個區域：

• 新生代
  • 伊甸園區
  • from區
  • to區
• 老年代
• 永久區（jdk1.8後改爲元空間）

2.12、新生代

• 類：誕生和成長的地方，甚至死亡
• 伊甸園區:所有的對象都是在伊甸園區創建的

2.13、老年代

當年輕帶隨着不斷地Minor GC ，from survivor中的對象會不斷成長，當from survivor中的對象成長大15歲的時候，就會進入老年代，在老年代的就能存儲很久了，只有重GC時纔會來清理老年代中的垃圾

3.14、永久區（jdk改名元空間，效果也有改變）

這個區域常駐內存的。用來存放JDK自身攜帶的Class對象。Interface元數據，存儲的是Java運行時的一些環境，這個區域不存在垃圾回收！關閉VM虛擬機就會釋放這個區域的內存

當一個啓動類加載了大量的第三方jar包。tomcat部署了太多的應用，大量動態生成的反射類，不斷的被加載。直到內存滿，就會出現OOM;

• jdk1.6之前：永久代，常量池是在方法區
• jdk1.7:永久代，但是慢慢退化了，去永久代，常量池在堆中
• jdk1.8之後：無永久代，常量池在元空間

3.15、堆內存調優

1.設置jvm最大內存和初始化內存大小

-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails

-Xms:設置初始化內存分配大小(默認1/64)

-Xms:設置最大分配內存(默認1/4)

PrintGCDetails :打印GC垃圾回收線程清理信息

package com.lxf.demo5;

public class MyTest {
    public static void main(String[] args) {
        long max = Runtime.getRuntime().maxMemory();
        long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();

        System.out.println("max = " + max/1024/1024);
        System.out.println("total = " + total/1024/1024);
    }
}

2.內存快照分析：

MAT插件：eclipse集成的

Jprofiler插件

MAT，Jprofiler作用：

• 分析Dump內存文件，快速定位內存泄漏
• 獲得堆中的數據
• 獲得大的對象
• …

下載Jprofiler

• 在Jprofier官網下載安裝
• idea下載jprofiler插件
• 註冊碼：[email protected]#36573-fdkscp15axjj6#25257
• 配置idea:

測試：

package com.lxf.demo5;

import java.util.ArrayList;

public class Demo2 {
    byte[] array=new byte[1*1024*1024];//1m
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Demo2> list=new ArrayList<Demo2>();

        int count=0;
        try {
            while(true){
                list.add(new Demo2());
                count++;
            }
        } catch (OutOfMemoryError e) {
            System.out.println("count = " + count);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

報錯：

count = 819
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space//堆內存滿了
	at com.lxf.demo5.Demo2.<init>(Demo2.java:6)
	at com.lxf.demo5.Demo2.main(Demo2.java:13)

打印Dump文件配置：

-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

HeapDumpOnOutOfMemoryError：報OOM錯時生成Dump文件

再次運行Demo2:

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid21752.hprof ...
Heap dump file created [7901177 bytes in 0.036 secs]//生成Dump文件
count = 6
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at com.lxf.demo5.Demo2.<init>(Demo2.java:7)
	at com.lxf.demo5.Demo2.main(Demo2.java:14)

打開Demo.java文件的位置，向上一直找到src平級，找到java_pid21752.hprof文件，雙擊打開

3.16、GC(垃圾回收)

jvm算法講解1

jvm算法講解2

概述：

1. 常用算法：複製算法、標記整理（壓縮）、引用計數器、標記清除法

2. JVM在進行GC時，並不是對這三個區域統一回收。大部分的時候，回收都是新生代

3. GC兩種類：輕GC(普通的GC)、重GC(全局GC)

題目：

• JVM的內存模型和分區-詳細到每個區
• 堆裏面的分區有哪些？Eden,from,to,老年代，說說他們的特點！
• GC的算法有哪些？複製算法、標記整理（壓縮）、引用計數器、標記清除法，怎麼用？
• 輕GC和重GC分別在什麼時候發生？

引用計數法：

複製算法：

解釋：年輕代每次GC後，倖存下來的會進入一個倖存區，這個倖存區就叫from，第二次GC後，再將from還在用的和Eden Space倖存下來的交給to區（from中的內容通過複製算法轉移），此時to變from,from變to(清空變to)。

• 好處：沒有內存的碎片

• 壞處：浪費了內存空間：多了一半空間永遠是空to。假設對象100%存活（極端情況），就極大浪費資源

• 複製算法最佳使用場景：對象存活度較低的時候（新生區）；

標記清除法:

• 優點：不需要額外的空間！
• 缺點：兩次掃描，嚴重浪費時間，會產生內存碎片

標記壓縮(標記清除的優化)：

總結：

• 內存效率：複製算法>標記清除算法>標記壓縮算法（時間複雜度）
• 內存整齊度：複製算法=標記清除算法>標記清除算法
• 內存利用率：標記壓縮算法=標記清除算法>複製算法

思考：

• 問題：難道沒有最優的算法？
• 答案：沒有，沒有最好的算法，只有最合適的算法–>GC:分代收集算法
• 年輕代：存活率底–>複製算法
• 老年代:區域大，存活率高–>標記清除+標記壓縮混合 實現