快速入门JVM

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目录
1.JVM体系结构概述
2.堆体系结构概述
3.堆参数调优入门
4.总结

1.JVM体系结构概述

JVM概述和类加载器

JVM与硬件无关

JVM位置
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JVM是运行在操作系统之上的,它与硬件没有直接的交互

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JVM调优和垃圾回收:是调方法区和堆

类装载器ClassLoader
负责加载class文件,class文件在文件开头有特定的文件标示,并且ClassLoader只负责class文件的加载,至于它是否可以运行,则由Execution Engine决定
echo %JAVA_HOME%
echo %PATH%
echo %CLASSPATH%
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一共有四种类加载器
虚拟机自带的加载器:
启动类加载器(Bootstrap)C++
扩展类加载器(Extension)Java
应用程序类加载器(AppClassLoader)Java 也叫系统类加载器,加载当前应用的classpath的所有类
用户自定义加载器 Java.lang.ClassLoader的子类,用户可以定制类的加载方式
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双亲委派机制:自顶向下加载,保证了代码的安全性。防止恶意代码对源代码的修改。
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自己定义了新的,会报错!
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抽象类必须被继承,用户继承它进行自定义

Code案例

sun.misc.Launcher
它是一个java虚拟机的入口应用

Execution Engine执行引擎负责解释命令,提交操作系统执行。

Native

Native Interface本地接口
本地接口的作用是融合不同的编程语言为 Java 所用,它的初衷是融合 C/C++程序,Java 诞生的时候是 C/C++横行的时候,要想立足,必须有调用 C/C++程序,于是就在内存中专门开辟了一块区域处理标记为native的代码,它的具体做法是 Native Method Stack中登记 native方法,在Execution Engine 执行时加载native libraies。
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系统管理生产设备,在企业级应用中已经比较少见。因为现在的异构领域间的通信很发达,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本地方法栈
它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法,在Execution Engine 执行时加载本地方法库。

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Thread类中只有start0()方法的声明,这是一个native方法
稳定方法
JNI Java Native Interface
调用操作系统的额外的函数库。

本地方法栈Native Method Stack
带着Native的方法全都到本地方法栈

PC寄存器

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下一条指令的地址,也即将要执行的指令代码 ),由执行引擎读取下一条指令,是一个非常小的内存空间,几乎可以忽略不记。

也叫作程序计数器Program Counter Register
不是用来做存储的,而是用来做计算的

方法区

Method Area 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)+运行时常量池存在方法区中

But 实例变量存在内存中,和方法区无关

注:只要是所有线程共享的才可以回收和优化,如果是线程私有的不可以回收和优化。

静态变量 static
常量 final
类信息 构造方法、接口
常量池
总结:公共的不变的通通放到方法区,而各自独有的放到堆或栈。

Stack 栈是什么
栈也叫栈内存,主管Java程序的运行,是在线程创建时创建,它的生命期是跟随线程的生命期,线程结束栈内存也就释放,对于栈来说不存在垃圾回收问题,只要线程一结束该栈就Over,生命周期和线程一致,是线程私有的

8种基本类型的变量+对象的引用变量+实例方法都是在函数的栈内存中分配。

栈存储什么?
栈帧中主要保存3 类数据:
本地变量(Local Variables):输入参数和输出参数以及方法内的变量
栈操作(Operand Stack):记录出栈、入栈的操作;
栈帧数据(Frame Data):包括类文件、方法等等。

栈先进后出:main方法先入栈,在最底下;然后是各种方法压进去;如果test1方法中还调用了test2,那么test2执行完之后才执行test1.
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如果自己调用自己的话,就会出现StackOverFlow错误。

栈运行原理:
栈中的数据都是以栈帧(Stack Frame)的格式存在,栈帧是一个内存区块,是一个数据集,是一个有关方法(Method)和运行期数据的数据集,当一个方法A被调用时就产生了一个栈帧 F1,并被压入到栈中,
A方法又调用了 B方法,于是产生栈帧 F2 也被压入栈,
B方法又调用了 C方法,于是产生栈帧 F3 也被压入栈,
……
执行完毕后,先弹出F3栈帧,再弹出F2栈帧,再弹出F1栈帧……

遵循“先进后出”/“后进先出”原则。

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图示在一个栈中有两个栈帧:
栈帧 2是最先被调用的方法,先入栈,
然后方法 2 又调用了方法1,栈帧 1处于栈顶的位置,
栈帧 2 处于栈底,执行完毕后,依次弹出栈帧 1和栈帧 2,
线程结束,栈释放。

每执行一个方法都会产生一个栈帧,保存到栈(后进先出)的顶部,顶部栈就是当前的方法,该方法执行完毕 后会自动将此栈帧出栈。

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Exception in thread “main” java.lang.StackOverflowError

栈+堆+方法区的交互关系
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HotSpot是使用指针的方式来访问对象:
Java堆中会存放访问类元数据的地址,
reference存储的就直接是对象的地址

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2.堆体系结构概述

Heap 堆
一个JVM实例只存在一个堆内存,堆内存的大小是可以调节的。类加载器读取了类文件后,需要把类、方法、常变量放到堆内存中,保存所有引用类型的真实信息,以方便执行器执行,堆内存分为三部分:

Young Generation Space  新生区                    Young/New
Tenure generation space  养老区                     Old/ Tenure
Permanent Space              永久区                         Perm

Heap堆(Java7之前)
一个JVM实例只存在一个堆内存,堆内存的大小是可以调节的。类加载器读取了类文件后,需要把类、方法、常变量放到堆内存中,保存所有引用类型的真实信息,以方便执行器执行。
堆内存逻辑上分为三部分:新生+养老+永久----------》Java8之后变成了“新生+养老+元空间
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新生区
新生区是类的诞生、成长、消亡的区域,一个类在这里产生,应用,最后被垃圾回收器收集,结束生命。新生区又分为两部分: 伊甸区(Eden space)和幸存者区(Survivor pace) ,所有的类都是在伊甸区被new出来的。

幸存区有两个: 0区(Survivor 0 space)和1区(Survivor 1 space)。当伊甸园的空间用完时,程序又需要创建对象,JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收**(Minor GC)**,将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存 0区。若幸存 0区也满了,再对该区进行垃圾回收,然后移动到 1 区。那如果1 区也满了呢?再移动到养老区。

若养老区也满了,那么这个时候将产生MajorGC(FullGC),进行养老区的内存清理。若养老区执行了Full GC之后发现依然无法进行对象的保存,就会产生OOM异常“OutOfMemoryError”

如果出现java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space异常,说明Java虚拟机的堆内存不够。原因有二:
(1)Java虚拟机的堆内存设置不够,可以通过参数-Xms、-Xmx来调整。
(2)代码中创建了大量大对象,并且长时间不能被垃圾收集器收集(存在被引用)。

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逻辑上三块,物理上两块!物理上就是new+old。

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永久区
永久存储区是一个常驻内存区域用于存放JDK自身所携带的 Class,Interface 的元数据,也就是说它存储的是运行环境必须的类信息,被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的,关闭 JVM 才会释放此区域所占用的内存。

如果出现java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space,说明是Java虚拟机对永久代Perm内存设置不够。一般出现这种情况**,都是程序启动需要加载大量的第三方jar包**。例如:在一个Tomcat下部署了太多的应用。或者大量动态反射生成的类不断被加载,最终导致Perm区被占满。

Jdk1.6及之前: 有永久代, 常量池1.6在方法区
Jdk1.7: 有永久代,但已经逐步“去永久代”,常量池1.7在
Jdk1.8及之后: 无永久代,常量池1.8在元空间

熟悉三区结构后方可学习-JVM垃圾收集

实际而言,**方法区(Method Area)**和堆一样,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+普通常量+静态常量+编译器编译后的代码等等,虽然JVM规范将方法区描述为堆的一个逻辑部分,但它却还有一个别名叫做Non-Heap(非堆),目的就是要和堆分开。

对于HotSpot虚拟机,很多开发者习惯将方法区称之为**“永久代(Parmanent Gen)”** ,但严格本质上说两者不同,或者说使用永久代来实现方法区而已,永久代是方法区(相当于是一个接口interface)的一个实现,jdk1.7的版本中,已经将原本放在永久代的字符串常量池移走。

方法区UserService接口
永久代UserServiceImpl实现类

常量池(Constant Pool)是方法区的一部分,Class文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外,还有一项信息就是常量池,这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

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所以一般开发人员把方法区成为永久代!
一个是逻辑部分,一个是物理部分!

3.堆参数调优入门

JVM垃圾收集(Java Garbage Collection )

上集,本次均以JDK1.8+HotSpot为例

Java7
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Java8
JDK 1.8之后将最初的永久代取消了,由元空间取代。
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(堆内存调优简介01)
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public static void main(String[] args){
	long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() ;//返回 Java 虚拟机试图使用的最大内存量。
	long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() ;//返回 Java 虚拟机中的内存总量。
	System.out.println("MAX_MEMORY = " + maxMemory + "(字节)、" + (maxMemory / (double)1024 / 1024) + "MB");
	System.out.println("TOTAL_MEMORY = " + totalMemory + "(字节)、" + (totalMemory / (double)1024 / 1024) + "MB");
}

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默认只能使用电脑内存的1/4

(堆内存调优简介02)
发现默认的情况下分配的内存是总内存的“1 / 4”、而初始化的内存为“1 / 64”
在这里插入图片描述
VM参数: -Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails
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(堆内存调优简介03)此图为java7,演示为8
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(堆内存调优简介04)

String str = "www.atguigu.com" ;
while(true) 
{
	str += str + new Random().nextInt(88888888) + new Random().nextInt(999999999) ;
}

VM参数:-Xms8m -Xmx8m -XX:+PrintGCDetails

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new的比收的快!所以很快就沾满了,回收不过来了!

MAT

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eclipse内存泄露工具!
用图形界面的方式来显示错在那里。
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-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
OOM时导出堆到文件。

-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
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报这个错误时,导出堆的报错文件
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错误原因:new了很多对象把它塞满了!
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堆内存参数

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GC

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引用计数法:了解但不使用。问题:双向循环引用的案例就不适用了。
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复制算法Coping

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复制之后1区和0区有交换!谁空谁是two。

上一步的from变成下一次的to
这个过程循环几次
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复制算法有什么优缺点?

新生区:存活1区:存活2区=8:1:1

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死的不管,只考虑活的

缺点:需要双倍空间
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在这里插入图片描述

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为什么为8:1:1因为对象的存活率低!

标记清除Mark-Sweep

精确打击,定点清除。
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因为老年代没有太多的垃圾回收了
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优点:不需要额外的空间
缺点:会产生内存碎片、需要两次扫描比较耗时
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标记压缩Mark-Compact

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请后面的同学往前坐。
在这里插入图片描述
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优点:没有内存碎片
缺点:需要移动对象,耗时
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标记清除压缩Mark-Sweep-Compact

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多次清除后,才压缩
批处理!

总结

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分代收集算法
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