JVM第一弹

JVM第一弹

基本概念

JVM是可运行java代码的假想计算机，包括一套字节码指令集，一组寄存器，一个栈，一个垃圾回收、堆和一个存储方法域。JVM是运行在操做系统之上的，它与硬件没有直接的交互。

运行过程

咱们都知道Java代码源文件，经过编译器可以产生相应的.Class字节码文件，而字节码文件又经过Java虚拟机中的解释器，编译成特定机器上的机器码。

① Java源文件 ——> 编译器 ——> 字节码文件 ② 字节码文件 ——> JVM ——> 机器码

每种平台的解释器是不一样的，可是虚拟机是相同的，这也就是java为何可以跨平台的缘由了。当一个程序从开始运行，这时虚拟机就开始实例化了，多个程序 启动就会存在多个虚拟机实例。 程序退出或者关闭，则虚拟机实例消亡，多个虚拟机实例之间数据不能共享。

类加载器

什么是类的加载？ 类的加载是指将类的字节码文件数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，而后在堆区建立一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。 类的加载的最终产品是位于堆区内中的Class对象，Class对象封装了类在方法区内的数据结构，而且向java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口。

类加载器包括：

1. 启动类加载器（BootStrap） ——主要有C++进行实现的。用来加载jdk安装目录下的：jre/lib下的可执行jar包。 也能够经过设置 -XbootClasspath来动态指定jar包位置。在java代码中没法获取到该对象。

String str = new String("HelloWorld");
System.out.println(str.getClass().getClassLoader());

//控制台打印null

2. 扩展类加载器（ExtClassLoader）

   ——是java代码实现的，用来加载java安装目录下 jre/lib/ext 目录中的可执行jar包。

3. 应用程序类加载器（AppClassLoader）

   ——是java代码实现的，用来加载用户编写的代码。咱们新建一个类，获取其类加载器就是AppClassLoader

public class MyClassLoaderTest {

    public static void main(String[] args) {
        String str = new String("HelloWorld");
        // 打印null
        System.out.println(str.getClass().getClassLoader());


        // 打印sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
        System.out.println(MyClassLoaderTest.class.getClassLoader());
        // 打印sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@4554617c
        System.out.println(MyClassLoaderTest.class.getClassLoader().getParent());
        // 打印null
        System.out.println(MyClassLoaderTest.class.getClassLoader().getParent().getParent());

    }

}

由上述代码可见: AppClassLoader extend ExtClassLoader extend BootstrapClassLoader

4. 用户自定义类加载器 —— 用户编写类继承自 java.lang.ClassLoader

为了防止用户自定义类与jdk自带的类冲突，jdk内有双亲委派机制和沙箱机制。

双亲委派机制

上述过程当中，咱们认识到了类加载器之间的继承关系。当java在加载类的时候，由AppClassLoader委派其父类ExtClassLoader进行加载，ExtClassLoader会再次委派其父类BootStrapClassLoader进行加载， 若是BootStrapClassLoader找到该类那么加载该类返回该类的Class对象，可是，若是此时BootStrapClassLoader没有找到该类， 那么就须要ExtClassLoader自身进行加载，若是ExtClassLoader找到该类那么加载该类返回该类的Class对象， 可是，若是ExtClassLoader也没有找到该类，那么就要由AppClassLoader进行加载。 若是最后AppClassLoader也没有找到该类，那么就会抛出 ClassNotFoundException 。

（类加载器没有向下寻找，没有getChild只有getParent）

若是你本身定义了一个与jdk自带类名包名一致的类，那么java也不会去加载该类。

JVM结构

JVM内存区域主要分为

• 线程私有区域

1. 程序计数器
2. 虚拟机栈
3. 本地方法区

• 线程共享区域

1. Java堆
2. 方法区

• 直接内存

生命周期

1. 线程私有数据区域生命周期与线程相同，依赖用户线程的启动/结束而建立/销毁。
2. 线程共享区域随着虚拟机的启动/关闭 而 建立/销毁。

方法区和堆是全部线程共享的内存区域；而java栈、本地方法栈和程序计数器是运行时线程私有的内存区域。

• 方法区 主要存放静态变量，常量，Class类模板(接口定义，构造函数)，运行时常量池。

• java堆（Heap）,是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被全部线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时建立。此内存区域的惟一目的就是存放对象实例，几乎全部的对象实例都在这里分配内存。又被称做为运行时数据区。

• 程序计数器（Program Counter Register），是一块比较小的内存空间，它的做用能够看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。每一个线程都有一个私有的，能够理解为它是一个指针，指向方法字节码地址，用来标记下一个要执行的方法字节码地址。

• JVM栈（JVM Stacks）,与程序计数器同样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同，线程结束栈内存也就释放了，对于栈来讲不存在来及回收的问题。主要保存八大基本数据类型的变量、对象的引用变量以及实例方法。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每一个方法被执行的时候都会同时建立一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操做栈、动态连接、方法出口等信息。每个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。

• 本地方法栈（Native Method Stacks）,与c/c++交互的一块区域，本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的做用是很是类似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。

垃圾回收器

• Serial收集器，串行收集器是最古老，最稳定以及效率高的收集器，可能会产生较长的停顿，只使用一个线程去回收。
• ParNew收集器，ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本。
• Parallel收集器，Parallel Scavenge收集器相似ParNew收集器，Parallel收集器更关注系统的吞吐量。
• Parallel Old 收集器，Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记－整理”算法
• CMS收集器，CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。
• G1收集器，G1 (Garbage-First)是一款面向服务器的垃圾收集器,主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器. 以极高几率知足GC停顿时间要求的同时,还具有高吞吐量性能特征

调优命令

Sun JDK监控和故障处理命令有 jps、 jstat、 jmap、 jhat、 jstack、 jinfo

• jps，JVM Process Status Tool,显示指定系统内全部的HotSpot虚拟机进程。
• jstat，JVM statistics Monitoring是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令，它能够显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。
• jmap，JVM Memory Map命令用于生成heap dump文件
• jhat，JVM Heap Analysis Tool命令是与jmap搭配使用，用来分析jmap生成的dump，jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump的分析结果后，能够在浏览器中查看
• jstack，用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。
• jinfo，JVM Configuration info 这个命令做用是实时查看和调整虚拟机运行参数。

调优工具

经常使用调优工具分为两类

1. jdk自带监控工具：jconsole和jvisualvm

• jconsole，Java Monitoring and Management Console是从java5开始，在JDK中自带的java监控和管理控制台，用于对JVM中内存，线程和类等的监控
• jvisualvm，jdk自带全能工具，能够分析内存快照、线程快照；监控内存变化、GC变化等。

2. 第三方有：MAT(Memory Analyzer Tool)、GChisto。

• MAT，Memory Analyzer Tool，一个基于Eclipse的内存分析工具，是一个快速、功能丰富的Java heap分析工具，它能够帮助咱们查找内存泄漏和减小内存消耗
• GChisto，一款专业分析gc日志的工具

你知道哪些JVM性能调优

• 设定堆内存大小 -Xmx：堆内存最大限制。

• 设定新生代大小。 新生代不宜过小，不然会有大量对象涌入老年代 -XX:NewSize：新生代大小 -XX:NewRatio 新生代和老生代占比 -XX:SurvivorRatio：伊甸园空间和幸存者空间的占比

• 设定垃圾回收器 年轻代用 -XX:+UseParNewGC 年老代用-XX:+UseConcMarkSweepGC

何时出现栈溢出

递归操做，程序没有出口会一直进行压栈操做

为何会出现栈溢出

栈的深度不够了

堆内存

逻辑上分为

• 新生区
• 养老区
• 永久区

物理上分为

新生区 、 养老区、 永久区

又将新生区分为了三个区

• 伊甸园区(80%)
• 幸存者from区(10%)
• 幸存者to区(10%)

新new的对象都放在伊甸园区，存活率2%，其余对象都被垃圾回收器回收 没有被垃圾回收幸存下来的对象将会保存到幸存者区 当伊甸园区内存不足时，会进行轻量级（minor GC）垃圾回收，将幸存者from区和伊甸园区的还在用的对象移动到幸存者to区， 而后清空幸存者from区和伊甸园区，幸存者from区清空以后会交换from区和to区，保证to区始终是空的。注意from区向to区移动以前会判断对象的年龄， 若是大于15，直接移动到养老区。年龄计数的原理:垃圾回收器回收一次，幸存活一次加一岁。 若是养老区的内存也不够用了，就会触动重量级GC（full GC）将养老区和新生区全量级回收垃圾对象。若是FullGC以后养老区的内存仍是不够用，那么会引起OOM。

若是程序一开始就new了一个比伊甸园区大的对象，伊甸园区没有足够的空间存放应该如何存放呢？此时会将对象存放到养老区，若是养老区也不够存储，那么会引起OOM。

对象分配规则

对象优先分配在Eden区，若是Eden区没有足够的空间时，虚拟机执行一次Minor GC。

大对象直接进入老年代（大对象是指须要大量连续内存空间的对象）。这样作的目的是避免在Eden区和两个Survivor区之间发生大量的内存拷贝（新生代采用复制算法收集内存）。

长期存活的对象进入老年代。虚拟机为每一个对象定义了一个年龄计数器，若是对象通过了1次Minor GC那么对象会进入Survivor区，以后每通过一次Minor GC那么对象的年龄加1，知道达到阀值对象进入老年区。

动态判断对象的年龄。若是Survivor区中相同年龄的全部对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象能够直接进入老年代。 空间分配担保。每次进行Minor GC时，JVM会计算Survivor区移至老年区的对象的平均大小，若是这个值大于老年区的剩余值大小则进行一次Full GC，若是小于检查HandlePromotionFailure设置，若是true则只进行Monitor GC,若是false则进行Full GC。

产生OOM的缘由？

• java设置的堆内存不够，能够经过设置 -Xms -Xmx 来调整堆内存的大小
• java内存中建立了大量的大对象，而且长时间不能被垃圾回收器回收

java8与元数据

在java8中，永久代已经移除了，被“元数据”（元空间）的区域所取代。元空间的本质和永久代相似，元空间与永久代的最大区别在于： **元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。**所以，默认状况下，元空间的大小仅受本地内存限制。 类的源数据放入本定内存中，字符串和类的静态变量放到java堆中，这样能够加载多少类的元数据就再也不由MaxPermSize控制，而由系统的实际可用空间来控制。

垃圾回收与算法

若是肯定垃圾

1. 引用计数法 在java中，引用和对象是有关联的。若是要操做对象则必须用引用进行。所以，一个简单的方法就是经过引用计数来判断一个对象是否能够回收。简单来讲，即一个对象若是没有任何与之关联的引用，即他们的引用计数都不为0，则说明对象不太可能再被用到，那么这个对象就是可回收对象。

2. 可达性分析 为了解决引用计数法的循环引用问题，java使用了可达性分析的方法。经过一系列的“GC roots”对象做为起点搜索，若是在“GC roots”和一个对象之间没有可达路径，则称该对象是不可达的。

注意 不可达并不等价于可回收对象，不可达对象变为可回收对象至少要通过两次标记过程。两次标记后还是可回收对象，则将面临回收。

3. 标记清楚算法

最基础的垃圾回收算法，分为两个阶段：标记和清楚。标记阶段是标记出来全部要回收的对象，清楚阶段回收被标记的对象所占的空间。

该算法的缺点： 内存碎片化严重，垃圾清理完成后，形成不少内存空间不连续。后续可能发生大对象不能找到可利用的问题。

MajorGC使用该算法

4. 复制算法 为了解决标记清楚算法内存碎片化的缺陷而提出的算法。按照内存容量将内存划分为等大小的两块。每次只使用其中一块，当这一块内存满后将尚存活的对象复制到另外一块上去，把已使用的内存清理掉。

MinorGC使用该算法

缺点： 这种算法虽然实现简单，内存效率高，不易产生碎片，可是最大的问题是能够用内存被压缩到了本来的一半。且存活对象增多的话，copying算法的效率也大大下降。

5. 标记整理算法 结合以上两个算法，为了不缺陷而提出。标记阶段和标记清楚算法相同，标记后不是清理对象，而是将存活对象移向内存的一端。而后清楚端边界的对象.

6. 分代收集算法 分代收集算法是目前大部分JVM所采用的方法，其核心思想是根据对象村花的不一样生命周期将内存划分为不一样的域，通常状况下将GC堆划分为老生代和新生代。老生代的特色是每次垃圾回收只有少许对象须要被回收，新生代的特色是每次垃圾回收是都有大量垃圾须要被回收，所以能够根据不一样区域采用不一样的算法。

6.1. 新生代与复制算法

目前大部分的JVM的GC对于新生代都采起了copying方法，由于新生代中每次垃圾回收都要回收大部分对象， 即要复制的操做比较少，但一般并非按照1:1来划分新生代。通常将新生代划分为一块较大的Eden空间和两个比较小的Surviror空间（FromSpace，ToSpace),每次使用Eden空间和其中的一块Surivor空间，当进行回收时，将该两块空间中还存活的对象复制到另一块Survivor空间中。

6.2 老年代与标记复制算法 而老年代由于每次只回收少许的对象，所以采用Mark-Compact算法。

1. JAVA虚拟机提到过的处于方法区的永生带，它用来存储class类，常量、方法描述等。对永生代的回收主要包括废弃常量和无用的类

2. 对象的内存分配主要在新生代的EdenSpace和SurvivorSpace的FormSpace（Survivor目前存放对象的那一块），少数状况会直接分配到老生代。

3. 当新生代的EdenSpace和FromSpace空间不足时就会发生一次GC，进行GC后，EdenSpace和FromSpace区的存活对象会被移动到ToSpace，而后将EdenSpace和FromSpace进行清理。

4. 若是ToSpace没法足够存储某个对象，则将这个对象存储到老生代。

5. 进行GC后，使用的即是EdenSpace和ToSpace了，如此反复循环。

6. 当对象在Survivor区躲过一次GC后，其年龄就会+1。默认状况下年龄达到15的对象就会移动到老生代中

Java中的四种引用

强引用

在Java中最多见的就是强引用，把一个对象赋值给一个引用变量，这个引用变量就是一个强引用。 当一个对象被强引用变量引用时，它处于可达状态，它是不可能被垃圾回收机制回收的，即便该对象之后永远都不会被用到，JVM也不会回收。所以强引用是形成Java内存泄漏主要缘由之一。

软引用

软引用须要使用SoftReference类来实现，对于只有软引用的对象来讲，当系统内存足够时他不会被回收，当系统内存足够用时，它不会被回收，当系统内存不足时它会被回收。软引用一般用在对内存敏感的程序中。

弱引用

弱引用须要用WeakReference类来实现，它比软引用的生存期更短，对于只有弱引用的对象来讲，只要垃圾回收机制一运行，无论JVM的内存空间足够，总会回收该对象占用的内存。

虚引用

**虚引用须要PhantomReference类来实现，它不能单独使用，必须和引用队列联合使用。**虚引用的主要做用是跟踪对象被垃圾回收的状态。