jvm-狂神课程

深藏阁楼爱情的钟 2024-03-22 14:40 55阅读 0赞

## 一、JVM ##

> JVM就是Java虚拟机，Java虚拟机就是JVM

### 1. JVM位置 ###

![6d6c0eefe96d780c0e37be2427ea91a0][]

*  1、`Java`程序（跑的环境是在`jvm`（虚拟机）跑的，也可以说是在`jre`上跑的）`java`运行是需要在特定的环境的也就是这个`jre`这种。
 *  2、`jvm`（也就是`jre`，`jre`包括了`jvm`）：`jvm`是用`c`写的
 *  3、操作系统（也是个软件
 *  4、硬件体系（Intel，sapc）

### 2. JVM体系结构 ###

#### 2.1. jvm结构图 ####

![image][]

![image][image 1]

*  1、`java`编译 - 命令`javac`
 *  2、编译生成`Class File`
 *  3、类装载器（类加载器`Class Loader`）
 *  4、运行时数据区：（类加载完成后进入这个运行时数据区：`Runtime Data Are`）运行时异常是不可捕获的。这是在类加载器后的产物！运行时数据区里面就有（方法区（`Method Area`），`java`栈（`stack`），本地方法栈（`Native Method Stack`），堆（`heap`） ，程序计数器（`pc寄存器`））
    
     *  `本地方法栈`: 本地方法栈也是线程私有的数据区，本地方法栈存储的区域主要是 Java 中使用 `native` 关键字修饰的方法所存储的区域。
     *  `程序计数器`：程序计数器也是线程私有的数据区，这部分区域用于存储线程的指令地址，用于判断线程的分支、循环、跳转、异常、线程切换和恢复等功能，这些都通过程序计数器来完成。
     *  `方法区`：方法区是各个线程共享的内存区域，它用于存储虚拟机加载的 类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
     *  `堆`：堆是线程共享的数据区，堆是 JVM 中最大的一块存储区域，所有的对象实例都会分配在堆上。JDK 1.7后，字符串常量池从永久代中剥离出来，存放在堆中。
     *  `运行时常量池`：运行时常量池又被称为 `Runtime Constant Pool`，这块区域是方法区的一部分，它的名字非常有意思，通常被称为 `非堆`。它并不要求常量一定只有在编译期才能产生，也就是并非编译期间将常量放在常量池中，运行期间也可以将新的常量放入常量池中，String 的 intern 方法就是一个典型的例子。
 *  5、本地方法接口（`native`）（和本地方法库相连），同时这一层还有`执行引擎`。

#### 2.2. jvm垃圾回收 ####

> 垃圾回收，指的的堆内存的垃圾回收，垃圾回收机制简称GC
> 
> 程序在运行过程中，会产生大量的内存垃圾（一些没有引用指向的内存对象都属于内存垃圾，因为这些对象已经无法访问，程序用不了它们了，对程序而言它们已经死亡），为了确保程序运行时的性能，java虚拟机在程序运行的过程中不断地进行自动的垃圾回收（GC）。
> 
> 垃圾收集系统是Java的核心，也是不可少的，Java有一套自己进行垃圾清理的机制，开发人员无需手工清理

![9d4f28349422c9714bbcb35604bc08ff][]

**为什么java栈，本地方法栈，程序计数器是不会有垃圾回收的？**

> 因为他们是栈，最终是要出栈的，若是上面的是一个垃圾阻塞了，那他就无法出栈了，Jvm调优也就是垃圾回收，调的就是方法区和堆，99%是调堆。

**手动执行GC**

System.gc(); // 手动回收垃圾

**finalize方法作用**

*  1、finalize()方法是在每次执行GC操作之前时会调用的方法，可以用它做必要的清理工作。
 *  2、它是在Object类中定义的，因此所有的类都继承了它。子类覆盖finalize()方法以整理系统资源或者执行其他清理工作。finalize()方法是在垃圾收集器删除对象之前对这个对象调用的。

public class Test {
        
    	public static void main(String[] args) {
        
    		Test test = new Test();
    		test = null;
    		System.gc(); // 手动回收垃圾
    	}
    
    	@Override
    	protected void finalize() throws Throwable {
        
    		// gc回收垃圾之前调用
    		System.out.println("gc回收垃圾之前调用的方法");
    	}
    }

#### 2.3. jvm调优 ####

![505a192a9f4b519eec155d0cfd56b0ca][]

## 二、类加载器 ##

> 类加载器: 负责把class文件加载到内存中

**类加载机制**

Java 虚拟机负责把描述类的数据从 Class 文件加载到系统内存中，并对类的数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的 Java 类型，这个过程被称之为 Java 的类加载机制。

### 1. 类加载的过程 ###

**一个类从被加载到虚拟机内存开始，到卸载出内存为止，一共会经历下面这些过程。**

![798bd696514621e2b5ce1605840e61f4][]

类加载机制一共有五个步骤，分别是加载、链接、初始化、使用和卸载阶段，这五个阶段的顺序是确定的。
    
    其中链接阶段会细分成三个阶段，分别是验证、准备、解析阶段，这三个阶段的顺序是不确定的，这三个阶段通常交互进行。解析阶段通常会在初始化之后再开始，这是为了支持 Java 语言的运行时绑定特性（也被称为动态绑定）。

#### 1.1.加载 ####

1、获取class文件加载成二进制字节流
    2、把该文件的编码结构-->运行时的内存结构
    3、在内存中生成该类的一个Class对象

#### 1.2.链接 ####

验证
    	确保 Class 文件的字节流中的内容符合《Java虚拟机规范》中的要求
    准备
    	为类中的变量分配内存并设置其初始值
    解析 
    	相当于翻译的过程，Java虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的

#### 1.3.初始化 ####

类加载过程的最后一个步骤，在之前的阶段中，都是由 Java 虚拟机占主导作用，但是到了这一步，却把主动权移交给应用程序。

#### 1.4.使用 ####

初始化之后的代码由 JVM 来动态调用执行

#### 1.5.卸载 ####

当代表一个类的 Class 对象不再被引用，那么 Class 对象的生命周期就结束了，对应的在方法区中的数据也会被卸载。
        
    JVM 自带的类加载器装载的类，是不会卸载的，由用户自定义的类加载器加载的类是可以卸载的。

### 2.类加载器的分类 ###

*  虚拟机自带 的加载器
 *  启动类加载器 - null，获取不到，底层c++编写，**向上委托到这里**
 *  扩展类加载器 - `ExtClassLoder`
 *  应用程序类加载器 - `AppClassLoder`

### 3.双亲委派机制 ###

*  1、类加载器接收到一个加载请求时，他会委派给他的父加载器，实际上是去他父加载器的缓存中去查找是否有该类，如果有就加载返回，如果没有则继续委派给父类加载，直到顶层类加载器。
 *  2、如果顶层类加载器也没有加载该类，则会依次向下查找子加载器的加载路径，如果有就加载返回，如果都没有，则会抛出异常。

![image][image 2]

### 4.沙箱安全机制 ###

如果我们要编写一个和核心类库全限定命一模一样的类,JDK为了保证核心代码的一个安全 阻止你的代码和全限定名相同 
        
    优点：保证原生JDK的安全，保证核心源代码 防止API被篡改，避免重复加载类

### 5.Native方法区 ###

#### 5.1. native ####

> 凡是使用了native关键字的，说明Java的作用范围已经达不到了，它会去调用底层的C语言的库。
> 
> 1.  进入本地方法栈。
> 2.  调用本地方法接口。

#### 5.2. 方法区 ####

> Method Area方法区（此区域属于共享区间，所有定义的方法的信息都保存在该区域）  
> 方法区是被所有线程共享，所有字段、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。
> 
> **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。**

#### 5.3. PC寄存器 ####

> 又叫程序计数器：Program Counter Register  
> 每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向像一条指令的地址，也即将要执行的指令代码），在执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计。

### 6.java栈(虚拟机栈) ###

#### 6.1. 栈的作用 ####

> 栈是运行时的单位 程序如何运行 如何处理数据
> 
> 栈内存，主管程序的运行，生命周期和线程同步；  
> 线程结束，栈内存也就释放了，对于栈来说，**不存在垃圾回收问题**。

#### 6.2.栈帧 ####

a.概念 
    	每个线程都有自己的栈，栈中的数据以栈帧的格式存在，每个方法对应一个栈帧 
        
    b.存储内容 
    	局部变量表
    		每个方法的局部变量，数组结构，存放的形参 
    		没有线程安全问题 因为数据是线程私有的
    	操作数栈
    		根据指令进行入栈 出栈 
        
    c.原理
    	先进后出

#### 6.3.栈存储的东西 ####

> 8大基本类型、对象引用，实例的方法

#### 6.4.五道面试题 ####

##### 1.举例栈溢出的情况 #####

*  1、函数中采用了很大的结构体，或者数组；
 *  2、有很深的函数调用，或者递归调用
 *  3、访问了非法的地址

> 通过-Xss1m调整栈空间

##### 2.调整栈大小，就能保证不出现溢出吗? #####

> 不能

##### 3.分配的栈内存越大越好吗？ #####

> 不是

##### 4.垃圾回收是否会涉及到虚拟机栈？ #####

> 不会

##### 5.方法中定义的局部变量是否线程安全？ #####

> 是的

### 7.堆 ###

> 堆内存的大小是可以调节的

#### 7.1. 三种JVM ####

> 1.  Sun公司的HotSpot。（java -version查看）
> 2.  BEA的JRockit
> 3.  IBM的J9VM

#### 7.2.堆的概述 ####

> 一个JVM实例对应一个进程实例，一个JVM实例有一个运行时数据区(Runtime)
> 
> 一个Runtime就有一个独立的方法区和堆
> 
> 一个进程有多个线程,多个线程共享一个方法区和堆空间
> 
> 一个线程拥有自己独立的程序计数器/本地方法栈/虚拟机栈
> 
> 为了解决多个线程访问出现线程不安全问题–>TLAB(线程私有空间)
> 
> 垃圾回收只会在堆(方法区)当中进行回收

#### 7.3.堆内存中细分 ####

![image][image 3]

> 主要区别在于jdk8以前是新生区、养老区、永久区。jdk8即以后使用元空间代替了永久区。

![227ee50e966adf60e3b7e2088d9679dc][]

##### 1.新生区 #####

> 新生区又叫做伊甸园区，包括：伊甸园区、幸存0区、幸存1区。
> 
> 新生区:老年区=1:2
> 
> 新生区=eden:from:to 【谁空谁是to】
> 
> 创建对象在eden

##### 2.永久区 #####

> 这个区域是**常驻内存**的。  
> 用来存放JDK自身携带的Class对象、Interface元数据，存储的是Java运行时的一些环境或类信息~。  
> 这个区域**不存在垃圾回收**。  
> 关闭JVM虚拟机就会释放这个区域的内存。

**什么情况下，在永久区就崩了？**

*  一个启动类，加载了大量的第三方jar包。
 *  Tomcat部署了太多的应用。
 *  大量动态生成的反射类；不断的被加载，直到内存满，就会出现OOM

##### 3.老年区和元空间 #####

> 什么是老年区和元空间？？  
> 方法区是一种规范，不同的虚拟机厂商可以基于规范做出不同的实现，老年区和元空间就是出于不同jdk版本的实现。  
> 方法区就像是一个接口，老年区与元空间分别是两个不同的实现类。  
> 只不过老年区是这个接口最初的实现类，后来这个接口一直进行变更，直到最后彻底废弃这个实现类，由新实现类—元空间进行替代。

**jdk1.8之前：**

![694f8dbf7bb31c9833c915c137bc8285][]

**jdk1.8以及之后：在堆内存中，逻辑上存在，物理上不存在（元空间使用的是本地内存）**

![796ca080b420c447170d30c6b7dc7351][]

##### 4.常量池 #####

**在jdk1.7之前，运行时常量池+字符串常量池是存放在方法区中，HotSpot VM对方法区的实现称为永久代。**

![38f66c4b577cb78d826bea4f50a92e2f][]

**在jdk1.7中，字符串常量池从方法区移到堆中，运行时常量池保留在方法区中。**

![881a3ef67d3040347e9c1c249237d6d0][]

**jdk1.8之后，HotSpot移除永久代，使用元空间代替；此时字符串常量池保留在堆中，运行时常量池保留在方法区中，只是实现不一样了，JVM内存变成了直接内存。**

![e9892b982ef64b9edc2f013d8a068090][]

### 8.GC垃圾回收 ###

#### 8.1. 垃圾回收的区域 ####

> 主要都是在方法区和堆中，且99%都是在堆中

#### 8.2.引用计数法 ####

> 每个对象在创建的时候，就给这个对象绑定一个计数器。每当有一个引用指向该对象时，计数器加一；每当有一个指向它的引用被删除时，计数器减一。这样，当没有引用指向该对象时，计数器为0就代表该对象死亡，这时就应该对这个对象进行垃圾回收操作。
> 
> 优点：引用计数算法的实现简单，判定效率高，但建议不要使用
> 
> 缺点：术无法解决对象之间的循环引用问题

![24e10a4b449aa453a938d0c25786e921][]

#### 8.3.复制算法 ####

> 该算法将内存平均分成两部分，然后每次只使用其中的一部分，当这部分内存满的时候，将内存中所有存活的对象复制到另一个内存中，然后将之前的内存清空，只使用这部分内存，循环下去。
> 
> 这个算法与标记-整理算法的区别在于，该算法不是在同一个区域复制，而是将所有存活的对象复制到另一个区域内。
> 
> 优点：在存活对象不多的情况下，性能高，能解决内存碎片和java垃圾回收算法之-标记清除 中导致的引用更新问题
> 
> 缺点：会造成一部分的内存浪费。不过可以根据实际情况，将内存块大小比例适当调整；如果存活对象的数量比较大，复制算法的性能会变得很差

![6c63c44718aba8c7ef44f536ec3d8145][]

![7c45a21d5b193943ac2d08080e284e5a][]

#### 8.4.标记清除算法 ####

> 为每个对象存储一个标记位，记录对象的状态（活着或是死亡）。  
> 分为两个阶段，一个是标记阶段，这个阶段内，为每个对象更新标记位，检查对象是否死亡；第二个阶段是清除阶段，该阶段对死亡的对象进行清除，执行 GC 操作。
> 
> 优点：解决循环引用的问题、必要时才回收(内存不足时)
> 
> 缺点：1、回收时，应用需要挂起，也就是stop the world；2、标记和清除的效率不高，尤其是要扫描的对象比较多的时候；3、会造成内存碎片(会导致明明有内存空间,但是由于不连续,申请稍微大一些的对象无法做到)

![b00a1294d10389dd6af9de3fb6a56bdf][]

#### 8.5.标记压缩算法 ####

> 在标记阶段，该算法也将所有对象标记为存活和死亡两种状态；不同的是，在第二个阶段，该算法并没有直接对死亡的对象进行清理，而是将所有存活的对象整理一下，放到另一处空间，然后把剩下的所有对象全部清除。
> 
> 优点：解决标记清除算法出现的内存碎片问题
> 
> 缺点：压缩阶段，由于移动了可用对象，需要去更新引用

![4b4022234c317444b03af09e036e5b54][]

#### 8.6.GC算法总结 ####

*  内存效率：复制算法>标记清除算法>标记压缩算法（时间复杂度）
 *  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

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