个人对JVM的一些知识点理解(不喜勿看)

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思维导图:

JVM思维导图.png

由于思维导图已经对大部分知识点进行了细致讲述,那么我下面就不再讲述思维导图里面的知识点,下面是JVM里面需要注意的一些知识点:

说说对象分配规则

对象优先分配在Eden区,如果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(大对象是指需要大量连续内存空间的对象)。这样做的目的是避免在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。虚拟机为每个对象定义了一个年龄计数器,如果对象经过了1次Minor GC那么对象会进入Survivor区,之后每经过一次Minor GC那么对象的年龄加1,知道达到阀值对象进入老年区。

动阈值断对象的年龄。如果Survivor区中相同年龄的所有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可以直接进入老年代。

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,如果这个值大于老年区的剩余值大小则进行一次Full GC,如果小于检查HandlePromotionFailure设置,如果true则只进行Monitor GC,如果false则进行Full GC。

描述一下JVM加载class文件的原理机制?

JVM中类的装载是由类加载器(ClassLoader)和它的子类来实现的,Java中的类加载器是一个重要的Java运行时系统组件,它负责在运行时查找和装入类文件中的类。 由于Java的跨平台性,经过编译的Java源程序并不是一个可执行程序,而是一个或多个类文件。当Java程序需要使用某个类时,JVM会确保这个类已经被加载、连接(验证、准备和解析)和初始化。类的加载是指把类的.class文件中的数据读入到内存中,通常是创建一个字节数组读入.class文件,然后产生与所加载类对应的Class对象。加载完成后,Class对象还不完整,所以此时的类还不可用。当类被加载后就进入连接阶段,这一阶段包括验证、准备(为静态变量分配内存并设置默认的初始值)和解析(将符号引用替换为直接引用)三个步骤。最后JVM对类进行初始化,包括:1)如果类存在直接的父类并且这个类还没有被初始化,那么就先初始化父类;2)如果类中存在初始化语句,就依次执行这些初始化语句。 类的加载是由类加载器完成的,类加载器包括:根加载器(BootStrap)、扩展加载器(Extension)、系统加载器(System)和用户自定义类加载器(java.lang.ClassLoader的子类)。从Java 2(JDK 1.2)开始,类加载过程采取了父亲委托机制(PDM)。PDM更好的保证了Java平台的安全性,在该机制中,JVM自带的Bootstrap是根加载器,其他的加载器都有且仅有一个父类加载器。类的加载首先请求父类加载器加载,父类加载器无能为力时才由其子类加载器自行加载。JVM不会向Java程序提供对Bootstrap的引用。

下面是关于几个类加载器的说明:

Bootstrap: 一般用本地代码实现,负责加载JVM基础核心类库(rt.jar);

Extension: 从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库,它的父加载器是Bootstrap;

System: 又叫应用类加载器,其父类是Extension。它是应用最广泛的类加载器。它从环境变

量classpath或者系统属性java.class.path所指定的目录中记载类,是用户自定义加载器的默认

父加载器。

说说Java对象创建过程

1.JVM遇到一条新建对象的指令时首先去检查这个指令的参数是否能在常量池中定义到一个类的符号引用。然后加载这个类(类加载过程在后边讲)

2.为对象分配内存。一种办法“指针碰撞”、一种办法“空闲列表”,最终常用的办法“本地线程缓冲分配(TLAB)”

3.将除对象头外的对象内存空间初始化为0

4.对对象头进行必要设置

类的生命周期

类的生命周期包括这几个部分,加载、连接、初始化、使用和卸载,其中前三部是类的加载的过程, 加载, 查找并加载类的二进制数据,在Java堆中也创建一个java.lang.Class类的对象

连接, 连接又包含三块内容:验证、准备、初始化。 1)验证,文件格式、元数据、字节码、符号引用验证; 2)准备,为类的静态变量分配内存,并将其初始化为默认值; 3)解析,把类中的符号引用转换为直接引用

初始化, 为类的静态变量赋予正确的初始值

使用,new出对象程序中使用

卸载,执行垃圾回收

简述Java的对象结构

Java对象由三个部分组成:对象头、实例数据、对齐填充。

对象头由两部分组成, 第一部分存储对象自身的运行时数据:哈希码、GC分代年龄、锁标识状态、线程持有的锁、偏向线程ID(一般占32/64 bit)。第二部分是指针类型,指向对象的类元数据类型(即对象代表哪个类)。如果是数组对象,则对象头中还有一部分用来记录数组长度。

实例数据 用来存储对象真正的有效信息(包括父类继承下来的和自己定义的)

对齐填充: JVM要求对象起始地址必须是8字节的整数倍(8字节对齐)

如何判断对象可以被回收?

判断对象是否存活一般有两种方式:

引用计数: 每个对象有一个引用计数属性,新增一个引用时计数加1,引用释放时计数减1,计数为0时可以回收。此方法简单,无法解决对象相互循环引用的问题。

可达性分析(Reachability Analysis):从GC Roots开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时,则证明此对象是不可用的,不可达对象。

JVM的永久代中会发生垃圾回收么?

垃圾回收不会发生在永久代,如果永久代满了或者是超过了临界值,会触发完全垃圾回收(FullGC)。如果你仔细查看垃圾收集器的输出信息,就会发现永久代也是被回收的。这就是为什么正确的永久代大小对避免Full GC是非常重要的原因。请参考下Java8:从永久代到元数据区 (注:Java8中已经移除了永久代,新加了一个叫做元数据区的native内存区)

调优命令有哪些?

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

jps, JVM Process Status Tool,显示指定系统内所有的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,它可以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,可以在浏览器中查看

jstack,用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。

jinfo,JVM Configuration info 这个命令作用是实时查看和调整虚拟机运行参数。

常见调优工具有哪些

常用调优工具分为两类,jdk自带监控工具:jconsole和jvisualvm,第三方有:MAT(MemoryAnalyzer Tool)、GChisto。

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,可以分析内存快照、线程快照;监控内存变化、GC变化等。

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,它可以帮助我们查找内存泄漏和减少内存消耗

GChisto,一款专业分析gc日志的工具

Minor GC与Full GC分别在什么时候发生?

新生代内存不够用时候发生MGC也叫YGC,JVM内存不够的时候发生FGC

JVM性能调优参数有哪些?

设定堆内存大小

-Xmx:堆内存最大限制。

设定新生代大小。 新生代不宜太小,否则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

什么是逃逸分析?

逃逸分析(Escape Analysis),是一种可以有效减少Java 程序中同步负载和内存堆分配压力的跨函数全局数据流分析算法。通过逃逸分析,Java Hotspot编译器能够分析出一个新的对象的引用的使用范围,从而决定是否要将这个对象分配到堆上。

逃逸分析是指分析指针动态范围的方法,它同编译器优化原理的指针分析和外形分析相关联。当变量(或者对象)在方法中分配后,其指针有可能被返回或者被全局引用,这样就会被其他方法或者线程所引用,这种现象称作指针(或者引用)的逃逸(Escape)。通俗点讲,如果一个对象的指针被多个方法或者线程引用时,那么我们就称这个对象的指针发生了逃逸。

「逃逸分析的好处」

栈上分配,可以降低垃圾收集器运行的频率。

同步消除,如果发现某个对象只能从一个线程可访问,那么在这个对象上的操作可以不需要同步。

标量替换,把对象分解成一个个基本类型,并且内存分配不再是分配在堆上,而是分配在栈上。这样的好处有,一、减少内存使用,因为不用生成对象头。二、程序内存回收效率高,并且GC频率也会减少。

对象一定分配在堆中吗?

「对象一定分配在堆中吗?」 不一定的,JVM通过「逃逸分析」,那些逃不出方法的对象会在栈上分配。

什么是Stop The World ? 什么是OopMap?什么是安全点?

进行垃圾回收的过程中,会涉及对象的移动。为了保证对象引用更新的正确性,必须暂停所有的用户线程,像这样的停顿,虚拟机设计者形象描述为「Stop The World」。也简称为STW。

在HotSpot中,有个数据结构(映射表)称为「OopMap」。一旦类加载动作完成的时候,HotSpot就会把对象内什么偏移量上是什么类型的数据计算出来,记录到OopMap。在即时编译过程中,也会在「特定的位置」生成 OopMap,记录下栈上和寄存器里哪些位置是引用。

这些特定的位置主要在:

1.循环的末尾(非 counted 循环)

2.方法临返回前 / 调用方法的call指令后

3.可能抛异常的位置

这些位置就叫作「安全点(safepoint)。」 用户程序执行时并非在代码指令流的任意位置都能够在停顿下来开始垃圾收集,而是必须是执行到安全点才能够暂停。

什么是指针碰撞?

一般情况下,JVM的对象都放在堆内存中(发生逃逸分析除外)。当类加载检查通过后,Java虚拟机开始为新生对象分配内存。如果Java堆中内存是绝对规整的,所有被使用过的的内存都被放到一边,空闲的内存放到另外一边,中间放着一个指针作为分界点的指示器,所分配内存仅仅是把那个指针向空闲空间方向挪动一段与对象大小相等的实例,这种分配方式就是指针碰撞

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什么是空闲列表?

如果Java堆内存中的内存并不是规整的,已被使用的内存和空闲的内存相互交错在一起,不可以进行指针碰撞啦,虚拟机必须维护一个列表,记录哪些内存是可用的,在分配的时候从列表找到一块大的空间分配给对象实例,并更新列表上的记录,这种分配方式就是空闲列表。

什么是TLAB?

可以把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行,每个线程在Java堆中预先分配一小块内存,这就是TLAB(Thread Local Allocation Buffer,本地线程分配缓存) 。虚拟机通过 -XX:UseTLAB 设定它的。

对象头具体都包含哪些内容?

在我们常用的Hotspot虚拟机中,对象在内存中布局实际包含3个部分:

1. 对象头

2.实例数据

3.对齐填充

而对象头包含两部分内容,MarkWord中的内容会随着锁标志位而发生变化,所以只说存储结构就 好了。

1.对象自身运行时所需的数据,也被称为MarkWord,也就是用于轻量级锁和偏向锁的关键点。具体的内容包含对象的hashcode、分代年龄、轻量级锁指针、重量级锁指针、GC标记、偏向锁线程ID、偏向锁时间戳。

2.存储类型指针,也就是指向类的元数据的指针,通过这个指针才能确定对象是属于哪个类的实例。

如果是数组的话,则还包含了数组的长度。

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你知道哪些JVM调优参数?

「堆栈内存相关」

-Xms 设置初始堆的大小

-Xmx 设置最大堆的大小

-Xmn 设置年轻代大小,相当于同时配置-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize为一样的值

-Xss 每个线程的堆栈大小

-XX:NewSize 设置年轻代大小(for 1.3/1.4)

-XX:MaxNewSize 年轻代最大值(for 1.3/1.4)

-XX:NewRatio 年轻代与年老代的比值(除去持久代)

-XX:SurvivorRatio Eden区与Survivor区的的比值

-XX:PretenureSizeThreshold 当创建的对象超过指定大小时,直接把对象分配在老年代。

-XX:MaxTenuringThreshold设定对象在Survivor复制的最大年龄阈值,超过阈值转移到老年代

「垃圾收集器相关」

-XX:+UseParallelGC:选择垃圾收集器为并行收集器。

-XX:ParallelGCThreads=20:配置并行收集器的线程数

-XX:+UseConcMarkSweepGC:设置年老代为并发收集。

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5 由于并发收集器不对内存空间进行压缩、整理,所以运行一段时间以后会产生“碎片”,使得运行效率降低。此值设置运行5次GC以后对内存空间进行压缩、整理。

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection:打开对年老代的压缩。可能会影响性能,但是可以消除碎片

「辅助信息相关」

-XX:+PrintGCDetails 打印GC详细信息

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError让JVM在发生内存溢出的时候自动生成内存快照,排查问题用

-XX:+DisableExplicitGC禁止系统System.gc(),防止手动误触发FGC造成问题.

-XX:+PrintTLAB 查看TLAB空间的使用情况

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