架构师对JVM的理解

专注Java架构师体系
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JVM.png

Class File

语法分析 -> 语法分析器 -> 抽象语法树 -> 语义分析器 -> 注解 -> 字节码生成器

javac HelloWork.class -> class文件
javap -v -c -p HelloWork.class -> 反编译生成 HelloWork.txt

类加载机制

  • 装载 Loading
    • Bootstrap ClassLoader：加载jdk包 jre/lib/rt.jar 所有的class
    • Extension ClassLoader：加载扩展包 jre/lib/*.jar
    • App ClassLoader：加载classpath中指定的jar
    • Custom ClassLoader：加载java.lang.ClassLoader的子类自定义的class
  • 链接 Linking
    • （检验）保证类加载的正确性：格式校验，语义校验，字节码校验，符号引用校验
    • （准备）类的静态变量分配内存，并初始化默认值
    • （解析）类的符号引用转化为直接引用（逻辑地址转为物理地址）
  • 初始化 Initialization
    • 对类的静态变量，静态代码块初始化默认值
  • 使用 Using
  • 卸载 Unloading

双亲委派机制

自底向上，从custom到bootStrap逐层检查，只要某个ClassLoader已加载，就认为加载此类，保证只加载一次。自顶向下，也就是由上层逐层尝试加载此类。

  • 为什么要设计双亲委派机制
    • 沙箱安全机制
    • 避免重复加载
  • 如何破坏双亲委派机制
    • tomcat 自定义类加载器
    • SPI机制
    • OSGI

JVM 架构

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运行时数据区

  • Method Area 方法区 （非堆）
    • 存储类信息，常量，静态变量，编译后的代码等元数据，类的定义
    • String 常量存在哪里？
      • JDK1.7存方法区
      • JDK1.8存堆中
  • Heap（堆）
    • 虚拟机启动时创建，被所有线程共享
    • java对象实例化及数组都在堆上分配
  • Java Virtual Machine Stacks（Java 虚拟机栈）
    • 线程执行的区域，保存着一个线程中方法的调用状态。
    • 线程私有的，独立的，随着线程的创建而创建
    • 每一个被线程执行的方法，栈中称为栈帧，也就是每个方法对应一个栈帧
    • 调用一个方法，就会向栈中压入一个栈帧，一个方法调用完成，就会把栈帧从栈中弹出
  • Native Method Stacks（本地方法栈）
    • java调用的Native方法
  • The PC Register（程序计数器）
    • 线程执行java方法，计数器记录正在执行的虚拟机字节码指令地址，如果时Native方法，计数器为空。

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JVM内存模型

  • 线程私有：虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器
  • 线程共享：方法区（非堆）和堆
  • 新对象申请内存空间
    • Eden是否有足够空间？
    • （MinorGC）-> JVM回收不活跃对象
      • Eden是否有足够空间？
        • Survivor区是否有空间？
        • Eden区活跃对象复制到Survivor区
          • Old区是否有足够空间？
          • 将Survivor区活跃对象复制到Old区
          • （FullGC）-> JVM回收不活跃对象
            • OutofMemeoryError

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垃圾收集

  • 确认垃圾对象
    • 引用计数法：对象没有任何指针对其引用，它就是垃圾。（存在互相引用场景）
    • 可达性分析法：通过GC Root对象，往下寻找，看某个对象是否可达。
  • 垃圾收集算法
    • 标记清除：先标记需要回收的对象，直接清除掉，释放空间（Old）
      • 缺点：效率不高，存在内存碎片
    • 标记整理：先标记，再将标记的移动到相邻的空间中（Old）
      • 优点：内存空间连续，缺点的，耗费两个区域空间（S0，S1）
    • 标记复制：先标记，再复制。（young）
      • 缺点：大量复制操作，效率降低，空间利用率降低
  • 垃圾收集器
    • Serial：串行收集器
    • Parallel：并行收集器（关注于吞吐量的收集器）（类似Serial的多线程模式）
    • CMS：并发收集器，低停顿用于Old
      • 初始标记：GC Root直接关联
      • 并发标记：GC Root追踪关联对象
      • 重新标记：并发标记变动内容（STW）
      • 并发清除：清除不可达对象回收空间
    • G1:也是并发收集器，更关注停顿时间（和可配置的停顿时间）
      • 初始标记：GC Roots标记对象（停止用户线程可自定义停顿时间）
      • 并发标记：GC Root追踪关联对象
      • 最终标记：修正标记变动内容（STW）
      • 筛选回收：Region回收价值成本排序，根据期望停顿时间制定回收策略
    • ZGC：jdk11，10ms停顿时间要求，支持TB级别，64位操作系统使用

JVM 参数

官方文档：docs.oracle.com/javase/8/do…

  • Boolean
    • -XX:+UseConcMarkSweepGC
    • -XX:+UseG1GC
  • 非Boolean
    • -XX:MaxGCPauseMillis=500
    • -Xms1000M 等价于 -XX:InitialHeapSize=1000M
    • -Xmx1000M 等价于 -XX:MaxHeapSize=1000M
    • -Xss100 等价于 -XX:ThreadStackSize=100
  • 查看参数
    • 启动时添加 +PrintFlagsFinal
    • 通过jinfo查看
  • 参数建议优化
    • ‐XX:MaxTenuringThreshold：自适应GC大小，默认值15，CMS为6
    • ‐XX:PretenureSizeThreshold：超过多大的对象直接在老年代分配
    • ‐XX:+/‐ UseAdaptiveSizePolicy：是否启动自适应生成大小调整（默认启用）
    • ‐XX:SurvivorRatio：S区比例默认为8
    • ‐XX:ConcGCThreads：并发GC的线程数（默认cpu数量）
    • ‐Xsssize：线程堆栈大小
    • ‐Xms和‐Xmx ：初始堆和最大堆。两者值一样，防止动态扩容
    • ‐XX:ReservedCodeCacheSize：JIT编译空间缓存大小
  • G1调优建议
    • 不要手动设置新生代和老年代大小，只要设置整体的堆大小
    • 不断调优停顿时间为目标
    • 使用 -XX:ConcGCThreads=n 来增加标记线程的数量
    • 适当增加堆内存大小
    • 每一次 FULL GC 都需要关注原因

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JVM 命令

官方文档：docs.oracle.com/javase/8/do…

  • jps
  • jinfo
    • jinfo -flag name PID
    • jinfo -glags PID
  • jstat
    • jstat -class PID 1000 10 查看类加载信息
    • jstat -gc PID 1000 10 查看GC信息
  • jstack
  • jmap
    • jmap -heap PID
    • jmap -dump:format=xx,file=heap.hprof PID

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