【Java学习】JVM初探

Macondo_z
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一些问题

  • 请你谈谈你对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的常用调优参数有哪些？
  • 内存快照如何抓取，怎么分析Dump文件？
  • 谈谈JVM中，你对类加载器的认识？

JVM的位置

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JVM的体系结构

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不存在垃圾的区域：

  • Java栈 Stack
  • 本地方法栈 Native Method Stack
  • 程序计数器 PC

类加载器及双亲委派机制

类加载器

作用：加载Class文件。

截屏2023-04-20 19.15.34.png 分类

  • 虚拟机自带的加载器
  • 启动类（根）加载器
  • 扩展类加载器
  • 应用程序加载器

双亲委派机制：保证安全性

  • App->EXC->BOOTSTRAP
    • 首先，类加载器收到类加载的请求
    • 将这个请求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
    • 启动加载器检查是否能够加载这个类，能加载就结束，使用当前的加载器，否则，抛出异常，通知子加载器进行加载
    • 重复上一步

Java历史-沙箱安全机制

Java安全模型的核心就是Java沙箱（sandbox），什么是沙箱？沙箱是一个限制程序运行的环境。沙箱机制就是将Java代码限定在虚拟机（JVM）特定的运行范围中，并且严格限制代码对本地系统资源访问，通过这样的措施来保证对代码的有效隔离，防止对本地系统造成破坏。

沙箱主要限制系统资源（CPU、内存、文件系统、网络）访问。

所有的Java程序运行都可以指定沙箱，可以定制安全策略。

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，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。
  • 类装载器（class loader）：其中类装载器在3个方面对Java沙箱起作用
    • 它防止恶意代码去干涉善意的代码
    • 它保护了被信任的类库边界
    • 它将代码归入保护域，确定了代码可以进行哪些操作

native、方法区

native

  • 凡是带了native关键字的方法，说明java的作用范围达不到了，需要调用底层C语言的库。
  • 该方法会进入本地方法栈，调用本地方法接口。

方法区

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）、运行时的常量池存在方法区中，但是实例变量存在堆内存中，和方法区无关。

栈 Stack

栈：一种数据结构。

栈：栈内存，主管程序的运行、生命周期和线程同步。

线程结束，栈内存释放。对于栈来说，不存在垃圾回收问题。

栈中存放

  • 基本数据类型
  • 对象引用
  • 实例的方法
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栈 + 堆 + 方法区（有常量池）：交互关系

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堆 Heap

Heap，一个JVM只有一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的。

类加载器读取了类文件后，一般会把类、方法、常量、变量、引用类型的真实对象放到堆中。

堆内存可细分为三个区域

  • 新生区：存放新生的对象
    • 伊甸园区
    • 幸存区
  • 老年区：需要大量连续内存空间的java对象
  • 元空间

GC垃圾回收，主要是在伊甸园区和老年区。

新生区、永久区、堆内存调优

新生区

  • 类：诞生、成长甚至死亡的地方。
  • 伊甸园区：所有的对象都是在伊甸园区new出来的
  • 幸存者区(0,1)

老年区

新生区满了，移过来的。

元空间

这个区域常驻内存，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虚拟就会释放这个区域的内存。

堆内存调优

遇到了OOM：

  • 尝试扩大堆内存看结果
  • 分析内存，看一下哪个地方出了问题

使用JProfiler工具分析OOM

  • 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

GC

JVM在进行GC时，并不是对这三个区域统一回收。大部分时候，回收都是新生区。

  • 新生区
  • 幸存区（from、to）
  • 老年区

GC种类：分别在什么时候发生？

  • 轻GC（普通的GC）
  • 重GC（全局的GC）

GC算法有哪些

  • 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，产生内存碎片
  • 标记整理
  • 复制算法：对象存活度较低时使用
    • 优点：没有内存的碎片
    • 缺点：浪费了内存空间，to区要保证是空的 截屏2023-04-21 15.06.39.png
  • 引用计数法

GC总结

  • 内存效率：复制算法 > 标记清除算法 > 标记压缩算法
  • 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

最合适的算法：分代收集算法

年轻代：

  • 存活率低
  • 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
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