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文章目录JVM简介和体系结构JVM的位置JVM的体系结构类加载器双亲委派机制沙箱安全机制了解即可NativePC寄存器方法区栈三种JVM堆新生区永久区堆内存调优Jprofiler的使用GC垃圾回收引用计数法复制算法标记清除法标记压缩法GC算法总结面试常见
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中类加载器你的认识
JVM简介和体系结构
JVM的位置
JVM上层就是一个个程序 JREJava运行环境包含了JVM
操作系统、JRE、JVM本质上还是软件
JVM的体系结构 Java栈、本地方法栈、程序计数器不会有垃圾产生自然不存在垃圾回收。因为栈里的东西一用就出栈不会有垃圾产生。
垃圾在堆中产生方法区是特殊的堆绝大部分的JVM调优都是对于堆而言的。
类加载器
作用加载Class文件
类是模板是抽象的类实例化得到的对象是具体的。所有的对象反射回去得到的是同一个类模板。 代码演示
public class Car {public static void main(String[] args) {Car car1 new Car();Car car2 new Car();Car car3 new Car();System.out.println(car1.hashCode());// 1735600054System.out.println(car2.hashCode());// 21685669System.out.println(car3.hashCode());// 2133927002Class? extends Car aClass1 car1.getClass();Class? extends Car aClass2 car2.getClass();Class? extends Car aClass3 car3.getClass();System.out.println(aClass1.hashCode());// 356573597System.out.println(aClass2.hashCode());// 356573597System.out.println(aClass3.hashCode());// 356573597}
}由此可知由类加载器加载出来的Car Class是全局唯一的这个Car Class所new出来的具体的Car对象各不相同但是各种不相同的对象通过getClass获得的.Class都是同一个Car Class
再看一段代码
public class Car {public static void main(String[] args) {Car car1 new Car();Class? extends Car aClass1 car1.getClass();ClassLoader classLoader aClass1.getClassLoader();System.out.println(classLoader);//输出sun.misc.Launcher$AppClassLoader18b4aac2System.out.println(classLoader.getParent());//输出sun.misc.Launcher$ExtClassLoader677327b6System.out.println(classLoader.getParent().getParent());//输出null 当输出为null1.不存在 2.java程序获取不到}
}可见这里的classLoader是AppClassLoader它的父加载器是ExtClassLoader而ExtClassLoader的父加载器并不是没有才null而是因为根加载器是C写的Java无法获取。
需要了解的是 Java程序在JRE中运行分析jre文件下的包
BootstrapClassLoader加载jre/lib下的rt.jar包ExtClassLoader扩展类加载器加载/jre/lib/ext下的所有包AppClassLoader应用(系统)类加载器加载CLASSPATH路径下的包
类在经过Class Loader之后的变化
虚拟机自带的加载器启动类(根)加载器 BootstrapClassLoader扩展类加载器 ExtClassLoader应用程序加载器 AppClassLoader
双亲委派机制
代码演示 自定义创建包java.lang然后在包里创建String.java然后写toString方法返回类型为自定义的String类
package java.lang;public class String {public String toString(){ // 返回的为自定义的String类return Hello;}public static void main(String[] args) {String s new String();// s属于自定义的String类System.out.println(s.toString());}
}
输出 错误: 在类 java.lang.String 中找不到 main 方法, 请将 main 方法定义为: public static void main(String[] args) 否则 JavaFX 应用程序类必须扩展javafx.application.Application 分析 App—Ext—Bootstrap (底——顶层)
双亲委派机制是为了保证安全 双亲委派机制会从AppClassLoader开始检查String类有没有被加载发现AppClassLoader有加载但并不就此停止检查继续自底向上到BootstrapClassLoader根加载器检查发现根加载器也加载了这个类然后自顶向下加载类最终执行了BootstrapClassLoader的String类。所以自定义String类报错无法运行。 1、AppClassLoader收到类加载的请求
2、将这个请求向上委托给父类加载器去完成一 直向上委托直到启动BootstrapClassLoader
3、启动加载器检查是否能够加载当前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
4、重复步骤3。 Class Not Found异常就是这么来的 NullJava调用不到。 Java C去掉繁琐的东西指针内存管理Java交给JVM去做~
Java语言保留了C的接口这些方法就是用native本地修饰的Java通过native方法调用操作系统的方法。比如Thread的start方法它是由C/C语言实现的
沙箱安全机制了解即可
Java安全模型的核心就是Java沙箱(sandbox)。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访问那系统资源包括什么? CPU、内存、文件系统、网络。不同级别的沙箱对这些资源访问的限制也可以不一样。
所有的Java程序运行都可以指定沙箱可以定制安全策略。
在Java中将执行程序分成本地代码和远程代码两种本地代码默认视为可信任的而远程代码则被看作是不受信的。对于授信的本地代码可以访问一切本地资源。而对于非授信的远程代码在早期的Java实现中安全依赖于沙箱机制。如下图所示JDK1.0安全模型 但如此严格的安全机制也给程序的功能扩展带来障碍比如当用户希望远程代码访问本地系统的文件时候就无法实现。因此在后续的Java1.1版本中针对安全机制做了改进增加了安全策略允许用户指定代码对本地资源的访问权限。如下图所示JDK1.1安全模型 在Java1.2版本中再次改进了安全机制增加了代码签名。不论本地代码或是远程代码都会按照用户的安全策略设定由类加载器加载到虚拟机中权限不同的运行空间来实现差异化的代码执行权限控制。如下图所示 当前最新的安全机制实现则引入了域(Domain)的概念。虚拟机会把所有代码加载到不同的系统域和应用域,系统域部分专门负责与关键资源进行交互而各个应用域部分则通过系统域的部分代理来对各种需要的资源进行访问。虚拟机中不同的受保护域对应不一样的权限。存在于不同域中的类文件就具有了当前域的全部权限如下图所示最新的安全模型(jdk 1.6) 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。这样可以帮助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。类裝载器(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; 它守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。
虚拟机为不同的类加载器载入的类提供不同的命名空间命名空间由一系列唯一的名称组成 每一个被装载的类将有一个名字这个命名空间是由Java虚拟机为每一个类装载器维护的它们互相之间甚至不可见。 类装载器采用的机制是双亲委派模式。 从最内层JVM自带类加载器开始加载,外层恶意同名类得不到加载从而无法使用 由于严格通过包来区分了访问域,外层恶意的类通过内置代码也无法获得权限访问到内层类破坏代码就自然无法生效。 存取控制器(access controller)存取控制器可以控制核心API对操作系统的存取权限而这个控制的策略设定,可以由用户指定。 安全管理器(security manager)是核心API和操作系统之间的主要接口。实现权限控制比存取控制器优先级高。 安全软件包(security package)java.security下的类和扩展包下的类允许用户为自己的应用增加新的安全特性包括安全提供者、消息摘要、数字签名、加密、鉴别
Native 凡是带了native关键字的说明java的作用范围达不到了会去调用底层c语言的库 会进入本地方法栈调用本地方法本地接口 JNI (Java Native Interface) JNI作用开拓Java的使用融合不同的编程语言为Java所用最初: C、C Java诞生的时候C、C横行想要立足必须要有调用C、C的程序 它在内存区域中专门开辟了一块标记区域: Native Method Stack登记native方法 在最终执行的时候加载本地方法库中的方法通过JNI
例如Java程序驱动打印机管理计算机系统掌握即可在企业级应用比较少 目前该方法使用的越来越少了除非是与硬件有关的应用比如通过Java程序驱动打印机或者Java系统管理设备在企业级应用中已经比较少见。因为现在的异构领域间通信很发达比如可以使用Socket通信也可以使用Web Service等等不多做介绍
Native Method Stack 它的具体做法是Native Method Stack 中登记native方法在 ( Execution Engine ) 执行引擎 执行的时候加载Native Libraies。【本地库】
PC寄存器
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
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
栈:数据结构
程序 数据结构算法︰持续学习~ 程序 框架业务逻辑︰吃饭~ 栈先进后出、后进先出桶 队列先进先出(FIFO)
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也就释放对于栈来说不存在垃圾回收的问题。 一旦线程结束栈就Over
栈存放的内容8大基本类型对象引用实例的方法
栈运行原理栈帧
栈帧局部变量表操作数栈 每执行一个方法就会产生一个栈帧。程序正在运行的方法永远都会在栈的顶部
栈满了栈溢出错误: StackOverflowError 栈堆方法区交互关系
三种JVM
Sun公司HotSpot java Hotspot™64-Bit server vw (build 25.181-b13mixed mode) BEA JRockit IBM 39 VM 我们学习都是Hotspot
堆
堆(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什么东西放到堆中 类方法常量变量~保存我们所有引用类型的真实对象
堆内存中还要细分为三个区域
新生区伊甸园区) Young/New老年区 Old永久区 Perm GCGarbage recycling 轻GC轻量级垃圾回收主要是在新生区 重GCFull GC重量级垃圾回收主要是养老区重GC就说明内存都要爆了 GC垃圾回收主要是在伊甸园区和养老区~ 假设内存满了OOMOut Of memory堆内存不够java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 在JDK8以后永久存储区改了个名字(元空间) 经过研究99%的对象都是临时对象
新生区
类诞生和成长的地方甚至死亡伊甸区所有的对象都是在伊甸区new出来的幸存者区0区和1区
例图假如Eden区域可以放10个对象当Eden区域满的时候进行一次轻GC此时假设有一个对象到了service 0区域。如果service 0 区域也满了那么就会调用一次重GC将对象放入老年代中。
但是如果新生代与老年代区域都满了那么就会报OOM错误
永久区
这个区域常驻内存的。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 关闭虚拟机就会释放这个区域的内存~
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。不断地被加载。直到内存满就会出现OOM
jdk1.6之前︰永久代常量池是在方法区; jdk1.7永久代但是慢慢的退化了去永久代常量池在堆中 jdk1.8之后无永久代常量池在元空间 方法区中那个小框是常量池 方法区和堆内存物理上连续逻辑上分开方法区是共享的所以有人认为它不属于堆 元空间又被称为非堆但它也是堆也有人认为右侧区域是堆空间只是个人理解不同。
元空间逻辑上存在物理上不存在 (因为存储在本地磁盘内) 而并不算在JVM虚拟机内存中也就是并没有占堆内存。
堆内存调优
在默认情况下分配给JVM试图使用的最大总内存是电脑内存的 1/4而JVM初始化的总内存是电脑内存的 1/64
可以通过调整这个参数Edit Configuration—VM options控制Java虚拟机初始内存和分配的总内存的大小。
测试
// 在VM options里面设置如下参数
//-Xms8m -Xmx8m -XX:PrintGCDetails
public class Hello{public static void main( String[ ] args) istring str kuangshensayjava;while (true){str str new Random( ) .nextInt( bound: 888888888)new Random( ) .nextInt( bound: 99999999);}
}可见新生代、老年代、元空间都满了然后报OOM错误 尝试应对OOM错误 1、尝试扩大堆内存 2、分析内存和代码看看哪个地方出现问题使用Debug或专业工具如内存快照分析工具MATJprofiler)
MATJprofiler作用
分析Dump内存文件快速定位内存泄露获得堆中的数据获得大的对象……
MAT最早集成于Eclipse中IDEA中可以使用Jprofiles插件在Settings—Plugins中搜索Jprofiler安装改插件即可使用
Jprofiler的使用
1、在idea中下载 jprofile 插件 2、百度搜索官网下载 jprofile 客户端 安装路径要求没有中文没有空格 3、安装破解完之后在IDEA的Settings—Tools下找到 jprofiles然后绑定安装目录bin下的.exe文件 4、在idea中VM参数中写参数 -Xms1m -Xmx8m -XX:HeapDumpOnOutOfMemoryError 假如堆内存heap出现了OOM则dump出这个异常 5、运行程序后在jprofile客户端中打开dump出的文件应该在src目录下找到错误 告诉哪个位置报错
命令参数详解
-Xms设置初始化内存分配大小默认计算机内存的1/64-Xmx设置最大分配内存默以计算机内存的1/4-XX: PrintGCDetails 打印GC垃圾回收信息-XX: HeapDumpOnOutOfMemoryError OOM DUMP
GC垃圾回收
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代~
新生代幸存区(form , to)老年区
GC两种类轻GC(普通的GC)重GC(全局GC)
幸存0区和幸存1区两者是会交替的from和to的关系会交替变化。 建议参考为什么JVM新生代需要两个Survivor区
题目 JVM的内存模型和分区详细到每个区放什么? 堆里面的分区有哪些? Edenfromto老年区 说说这些分区的特点。 GC的算法有哪些? 标记清除法标记压缩标记整理法复制算法引用计数法 这些GC算法怎么用的? 轻GC和重GC分别在什么时候发生?
引用计数法 复制算法 漫画演示复制算法
第一次GC后Eden区和to区空了经过15次垃圾回收后依然存活下来的对象就会去养老区
好处没有内存的碎片坏处浪费了内存空间一个幸存区的空间永远是空to。假设对象100%存活极端情况)
复制算法最佳使用场景对象存活度较低的时候新生区~
标记清除法 优点:不需要额外的空间缺点:两次扫描,严重浪费时间会产生内存碎片
标记压缩法
优化标记清除法先标记清除几次之后再压缩1次。
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
思考一个问题难道没有最优算法吗? 答案没有没有最好的算法只有最合适的算法 — GC分代收集算法
新生代
存活率低复制算法
老年代:
区域大存活率标记清除 (内存碎片不是太多) 标记压缩混合实现
一天时间学JVM不现实要深究必须要下去花时间和多看面试题以及《深入理解JVM》 但是我们可以掌握一个学习JVM的方法~
