JVM探究

JVM探究

一、面试题

1.1、请谈谈你对JVM的理解？java8虚拟机和之前的变化更新？

1.2、什么是OOM,什么是栈溢出StackOverFlowError？怎么分析？

1.3、JVM的常用调优参数有哪些？

1.4、内存快照如何抓取，怎么分析Dump文件？知道吗？

1.5、谈谈JVM中，类加载器的认知？

二、参考学习的视频和文章：

本篇主要学自b站狂神，知识浅显，待进一步学习和完善，学无止尽！

2.1视频：

狂神说–JVM快速入门

2.2文章:

java中的基本数据类型和引用类型在JVM中存储在哪?

堆栈知识讲解

一看你就懂，超详细java中的ClassLoader详解

年轻代、老年代、GC原理详细拆解

JVM参数列表

三、核心知识

3.1、JVM的位置

​

3.2、JVM的体系结构

3.3、类加载器

1. Bootstrap ClassLoader：最顶层的加载类，主要加载核心类库，%JRE_HOME%\lib下的rt.jar、resources.jar、charsets.jar和class等；
2. Extention ClassLoader：扩展的类加载器，加载目录%JRE_HOME%\lib\ext目录下的jar包和class文件；
3. Appclass Loader：也称为SystemAppClass，加载当前应用的classpath的所有类；

package com.lxf.demo5;

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

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

        //打印每个car对象的hashCode，发现不一样
        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();

        //打印每个car对象的class，发现一样
        System.out.println(aClass1.hashCode());
        System.out.println(aClass2.hashCode());
        System.out.println(aClass3.hashCode());


        ClassLoader classLoader = aClass1.getClassLoader();

        //打印类加载器

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

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

        System.out.println(classLoader.getParent().getParent());//null java程序获取不到（底层c、c++写的） rt.jar
    }
}

3.4、双亲委派机制

package java.lang;

public class String {
  /*
  *JVM加载一个class时先查看是否已经加载过，没有则通过父加载器，然后递归下去，直到BootstrapClassLoader，如果    		   *BootstrapClassloader找到了，直接返回，如果没有找到，则一级一级返回（查看规定加载路径），最后到达自身去查找这些对象。这   *种机制就叫做双亲委托
  *
  *作用：
  *1.避免重复加载
  *2.防止恶意加载
  *3.编写恶意类java.lang.Object，自定义加载替换系统原生类；
  */


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

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

3.5、沙箱安全机制

学习文章：沙箱安全机制

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:凡是带了native 关键字的，说明java的作用域范围抵达不到，会去调用底层c语言的库！
    //会进入本地方法栈
    //调用本地方法接口 JNI
    //JNI作用：扩展java的使用，融合不同的编程语言为java所用！ 最初：c,c++
    //java诞生的时候：C、C++ 横行，想要立足，必须要有调用C、C++的程序
    //它在内存区域中专门开启一块标记区域：Native Method Stack,登记了native方法
    //最终执行的时候，通过JNI加载本地方法库中的方法

    //例如Java程序驱动打印机，管理系统
    private native void start0();
}

3.7、PC寄存器

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，指向方法区的方法字节码（用来存储指向一条指令的地址，也将要执行的指令代码），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。

3.8、方法区

Method Area方法区：

​ 方法区是被所有的线程共享，所有字段和方法字节码，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，此区域属于共享空间；

​ 静态变量、常量、类信息（构造函数、接口定义）、运行时的常量池存在方法区中，但是实例变量存在堆内存中，和方法区无关

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

3.9、栈

存放：八大基本类型、类对象的引用类型

一：在方法中声明的变量，即该变量是局部变量，每当程序调用方法时，系统都会为该方法建立一个方法栈，其所在方法中声明的变量就放在方法栈中，当方法结束系统会释放方法栈，其对应在该方法中声明的变量随着栈的销毁而结束，这就局部变量只能在方法中有效的原因

在方法中声明的变量可以是基本类型的变量，也可以是引用类型的变量。

• 当声明是基本类型的变量的时，其变量名及值（变量名及值是两个概念）是放在JAVA虚拟机栈中
• 当声明的是引用变量时，所声明的变量（该变量实际上是在方法中存储的是内存地址值）是放在JAVA虚拟机的栈中，该变量所指向的对象是放在堆类存中的。

二：在类中声明的变量是成员变量，也叫全局变量，放在堆中的（因为全局变量不会随着某个方法执行结束而销毁）。

同样在类中声明的变量即可是基本类型的变量 也可是引用类型的变量

1. 当声明的是基本类型的变量其变量名及其值放在堆内存中的
2. 引用类型时，其声明的变量仍然会存储一个内存地址值，该内存地址值指向所引用的对象。引用变量名和对应的对象仍然存储在相应的堆中

3.10、三种JVM

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

3.11、堆

一个JVM只有一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的

类、方法、常量、变量，保存我们所有的引用类型的真实对象；

堆内存中还要细分为三个区域：

• 新生代
  • 伊甸园区
  • from区
  • to区
• 老年代
• 永久区（jdk1.8后改为元空间）

2.12、新生代

• 类：诞生和成长的地方，甚至死亡
• 伊甸园区:所有的对象都是在伊甸园区创建的

2.13、老年代

当年轻带随着不断地Minor GC ，from survivor中的对象会不断成长，当from survivor中的对象成长大15岁的时候，就会进入老年代，在老年代的就能存储很久了，只有重GC时才会来清理老年代中的垃圾

3.14、永久区（jdk改名元空间，效果也有改变）

这个区域常驻内存的。用来存放JDK自身携带的Class对象。Interface元数据，存储的是Java运行时的一些环境，这个区域不存在垃圾回收！关闭VM虚拟机就会释放这个区域的内存

当一个启动类加载了大量的第三方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。直到内存满，就会出现OOM;

• jdk1.6之前：永久代，常量池是在方法区
• jdk1.7:永久代，但是慢慢退化了，去永久代，常量池在堆中
• jdk1.8之后：无永久代，常量池在元空间

3.15、堆内存调优

1.设置jvm最大内存和初始化内存大小

-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails

-Xms:设置初始化内存分配大小(默认1/64)

-Xms:设置最大分配内存(默认1/4)

PrintGCDetails :打印GC垃圾回收线程清理信息

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.内存快照分析：

MAT插件：eclipse集成的

Jprofiler插件

MAT，Jprofiler作用：

• 分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏
• 获得堆中的数据
• 获得大的对象
• …

下载Jprofiler

• 在Jprofier官网下载安装
• idea下载jprofiler插件
• 注册码：[email protected]#36573-fdkscp15axjj6#25257
• 配置idea:

测试：

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();
        }
    }
}

报错：

count = 819
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space//堆内存满了
	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：报OOM错时生成Dump文件

再次运行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)

打开Demo.java文件的位置，向上一直找到src平级，找到java_pid21752.hprof文件，双击打开

3.16、GC(垃圾回收)

jvm算法讲解1

jvm算法讲解2

概述：

1. 常用算法：复制算法、标记整理（压缩）、引用计数器、标记清除法

2. JVM在进行GC时，并不是对这三个区域统一回收。大部分的时候，回收都是新生代

3. GC两种类：轻GC(普通的GC)、重GC(全局GC)

题目：

• JVM的内存模型和分区-详细到每个区
• 堆里面的分区有哪些？Eden,from,to,老年代，说说他们的特点！
• GC的算法有哪些？复制算法、标记整理（压缩）、引用计数器、标记清除法，怎么用？
• 轻GC和重GC分别在什么时候发生？

引用计数法：

复制算法：

解释：年轻代每次GC后，幸存下来的会进入一个幸存区，这个幸存区就叫from，第二次GC后，再将from还在用的和Eden Space幸存下来的交给to区（from中的内容通过复制算法转移），此时to变from,from变to(清空变to)。

• 好处：没有内存的碎片

• 坏处：浪费了内存空间：多了一半空间永远是空to。假设对象100%存活（极端情况），就极大浪费资源

• 复制算法最佳使用场景：对象存活度较低的时候（新生区）；

标记清除法:

• 优点：不需要额外的空间！
• 缺点：两次扫描，严重浪费时间，会产生内存碎片

标记压缩(标记清除的优化)：

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=标记清除算法>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

思考：

• 问题：难道没有最优的算法？
• 答案：没有，没有最好的算法，只有最合适的算法–>GC:分代收集算法
• 年轻代：存活率底–>复制算法
• 老年代:区域大，存活率高–>标记清除+标记压缩混合 实现