JVM笔记

时间  2021-08-15 标签 Java java jvm 编程语言

一、什么是JVM：

  • Java虚拟机是一台执行Java字节码的虚拟计算机，它拥有独立的运行机制，其运行的Java字节码也未必是由Java语言编译而成。

二、JVM的作用：

  • Java虚拟机就是二进制字节码的运行环境，负责装载字节码到其内部，解释编译为对应平台的机器执行指令，每一条Java指令，Java虚拟机规范中都有详细定义，如怎么取操作，怎么处理操作，处理结果放在那里。

三、JVM的特点：

  • 一次编译，导出运行
  • 自动内存管理
  • 自动垃圾回收功能

四、JVM种类：

  • Sun Classic VM：世界上第一框商用Java虚拟机JDK1.4时被完全淘汰。
  • Exact VM：JDK1.2时Sun公司提供该虚拟机，后被HotSpot虚拟机替换。
  • JRockit VM：该虚拟机号称是世界上最快的JVM，因为其内部不包含解释器，所以速度确实快，2008年，开发该虚拟机的公司呗Oracle公司收购。
  • J9 VM：IBM公司研发，广泛适用于IBM公司的各种Java产品。
  • HotSpot VM：目前HotSpot虚拟机占有绝对的市场地位，不管是曾经大量使用的JDK6还是现在使用较多的JDK8中默认的虚拟机都是HotSpot，Sun JDK和Open JDK的默认虚拟机都是HotSpot。

五、JVM的整体结构：
JVM结构图
1.程序计数器（Program Counter Register）：

  • 介绍：它是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器完成。

  • 作用：PC寄存器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。

2.Java虚拟机栈（Java stack）：

  • 介绍：Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack），早期也叫Java栈，每个线程在创建的时候都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧（Stack Frame），对应着一次次的Java 方法调用。（线程私有）。

  • 作用：主管Java程序的运行，它保存方法的局部变量（8种基本数据类型，对象的引 用地址）、部分结果、并参与方法的调用和返回。

  • 栈的特点：栈是一种快速有效的分配内存的方式，访问速度仅次于程序计数器。Java直接对栈的操作只有两个：每个方法的执行，伴随着进栈（入栈、压栈）、执行结束后的出栈工作。栈中不存在垃圾回收问题。

  • 栈中存储的栈帧的内部结构：

  • 局部变量表（Local Variables）

  • 操作数栈（Operand Stack）（或表达式）

  • 动态链接（Dynamic Linking）（或指向运行时常量池的方法引用）

  • 方法返回值地址（Return Address）（或方法正常退出或者异常退出的定义）

  • 一些附加信息
    Java栈帧结构

3.本地方法栈

  • Java虚拟机用于管理Java方法的调用，而本地方法栈用于管理本地方法的调用。
    本地方法栈也是线程私有的，它由C语言实现
    本地方法栈的具体实现是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine执行加载本地方法库。

4.堆

  • 一个Java实例只存在一个堆内存，堆也是唯一Java内存管理的核心区域。
  • Java堆区在JVM启动的时候即被创建，其空间大小也就确定了，是JVM管理中的最大一块内存空间（堆的大小是可以调节的）。
  • 《Java虚拟机规范》规定，堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但在逻辑上它应该是被视为连续的。
  • 所有的线程共享Java堆，在这里还可以划分线程私有的缓冲区（Thread Local Allocation Buffer ，TLAB）。
  • 数组和对象可能永远不会存储在栈上，因为栈帧中保存引用，这个引用指向对象或者数组在堆中的位置。
  • 在方法区结束后，堆中的对象不会马上移除，仅仅在垃圾收集的时候才会被移除。
  • 堆是GC（Carbage Collection。垃圾收集器）执行垃圾回收的重点区域
    类的实例化原理
  • 堆内存细分：新生区（Eden+Survivor1+Survivor2）+养老区+元空间（JDK7之前叫做永久区）
    堆空间结构

5.垃圾回收（GC）：

  • JVM在进行GC时，并非每次都对三个内存（新生代、老年代、方法区）区域一起回收，大部分时候回收的都是新生代。
    针对HotSpot VM的实现，它里面GC按照回收区域又分为两大种类型：一种是部分收集（Partial GC），一种是整堆收集（Full GC）
  • 部分收集：不是完整的收集整个Java堆的垃圾收集，其中又分为：
  • 新生代收集（Minor GC / Young GC）：只是新生代的垃圾收集。
  • 老年代收集（MaJor GC / Old GC）: 只是老年代的垃圾收集。
  • 目前只有CMS GC 会有单独收集老年代的行为
  • 注意：很多时候Major GC 和 Full GC混淆使用，需要具体分辨是老年代回收还是整体回收。
  • 混合回收（Mixed GC）：收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集（只有G1 GC会有这种行为）
  • 整堆收集（Full GC）：收集整个Java堆和方法区的垃圾收集。
  • 年轻代GC（Minor GC）触发机制：
  • 当年轻代空间不足时，就会触发Minor GC，这里的年轻代满指的是Eden满，Survivor满不会引发GC（每次Minor GC会清理年轻代的内存）
  • 因为Java对象大多是具备朝生夕死的特性，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也是比较快，这一定义即清晰又易于理解。
  • Minor GC会引发STW，暂停其它用户的线程，等垃圾回收结束，用户线程才会恢复运行。
  • 老年代GC（Major GC / Full GC）触发机制：
  • 指发生在老年代的GC，对象从老年代消失时，我们称为"Major GC" 或 "Full GC"发生了。
  • 出现了Major GC经常会伴随至少一次的Minor GC（但非绝对的，在Parallel Scevenge收集器的手机策略里就有直接进行Major GC的策略选择过程。就是说在老年代空间不足时，会先尝试触发Minor GC，如果之后空间还不足，则会触发Major GC）。
  • Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上，STW的时间更长。
  • 如果Major GC后，内存还是不足，就报OOM了。
  • Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上。
  • Full GC触发机制
  • 1、调用System.gc()时，系统建议执行Full GC，但是不必然执行。
  • 2、老年代空间不足。
  • 3、方法区空间不足。
  • 4、通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存。
  • 5、由Eden区、survivor space0（From Space）区向survivor space1（To Space）取复制时，对象大小大于To Space可用内存，则把该对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象的大小。
  • 说明：Full GC是开发或调优中尽量要避免的，这样暂停时间（STW）会短一些。

6.方法区

  • 方法区可以看做是一块独立于Java堆的内存结构。
  • 方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域。
  • 方法区在JVM启动的时候被创建，并且它的实际物理内存空间中和Java堆区一样都可以是不连续的。
  • 方法区的大小，跟堆空间一样，可以选择固定大小或者可扩展。
  • 方法区的大小决定了系统可以保存多少个类，如果系统定义了太多的类，导致方法区溢出，虚拟机同样会抛出内存溢出错误。
  • 关闭JVM就会释放这个区域的内存。
  • 方法区的垃圾收集主要是回收两部分内容，常量池中废弃的常量和不再使用的类型。

7.执行引擎

  • 执行引擎的任务就是将字节码指令解释/编译为对应平台上的本地机器指令，简单来说，JVM中的执行引擎充当了将高级语言翻译为机器语言的译者。
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