狂神说JVM笔记
面试题：https://thinkwon.blog.csdn.net/article/details/104390752
文章目录
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- 1.JVM的位置
- 2.JVM的体系结构
- 3.类加载器
- 4.Java历史-沙箱安全机制（了解）
- 5.Native
- 6.PC程序计数器（了解）
- 7.方法区（Method Area）
- 8.栈
- 9.堆（重点）
- 10.使用`JPofiler`工具分析`OOM`原因
- 11.常见JVM调优参数
- 12.常见垃圾回收算法
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- 1.引用计数算法
- 2.复制算法
- 3.标记-清除算法
- 4.标记-压缩算法
- 13.分代回收策略
- 14.垃圾收集器
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- 1.串行收集器（Serial）
- 2.并行收集器（ParNew）
- 3.Parallel Scavenge 收集器
- 4.Serial Old 收集器
- 5.Parallel Old 收集器
- 6.CMS 收集器（Concurrent Mark Sweep）
- 7.G1 收集器
- 15.JMM
1.JVM的位置
程序通过java XX.class运行，这个命令是JRE的命令，JRE中包括JVM，而JRE是建立在操作系统上使用的，操作系统又是基于硬件为基础的。
2.JVM的体系结构
简化图：
原图连接：https://www.processon.com/diagraming/606cfaaae401fd130055b020
3.类加载器
类加载器作用：加载.class文件
类加载流程（三个阶段）：
1.加载阶段
- 将编译好的class文件加载到内存中（方法区），然后会生成一个代表这个类的Class对象。
2.链接阶段
- 会为静态变量分配内存并设置默认值。
3.初始化阶段
- 执行类构造器()进行初始化赋值。
java自带的类加载器：
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启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：又名根类加载器或引导类加载器，负责加载%JAVA_HOME%\bin目录下的所有jar包，或者是-Xbootclasspath参数指定的路径，例：rt.jar
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拓展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载%JAVA_HOME%\bin\ext目录下的所有jar包，或者是java.ext.dirs参数指定的路径
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系统类加载器（Application ClassLoader）：又名应用类加载器，负责加载用户类路径上所指定的类库，如果应用程序中没有自定义加载器，那么次加载器就为默认加载器
双亲委派机制
//类加载器收到加载请求
//1.不会自己先去加载，把请求委托给父类加载器，如果父类加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，最终将到达顶层的启动类加载器
//2.如果父类可以完成加载任务，就成功返回
//3.如果完不成，子加载器才会尝试自己去加载
优点：避免重复加载 + 避免核心类篡改
4.Java历史-沙箱安全机制（了解）
Java安全模型的核心就是Java沙箱(sandbox) , 什么是沙箱?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Sandbox)机制。
组成沙箱的基本组件：
1.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。
2.类裝载器(class loader) :其中类装载器在3个方面对Java沙箱起作用
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它防止恶意代码去干涉善意的代码;
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它守护了被信任的类库边界;
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它将代码归入保护域,确定了代码可以进行哪些操作。
5.Native
程序中使用：private native void start0();
1.凡是带了native关键字的，说明java的作用范围达不到了，回去调用底层c语言的库！
2.会进入本地方法栈，然后去调用本地方法接口将native方法引入执行
本地方法栈（Native Method Stack）
内存区域中专门开辟了一块标记区域: Native Method Stack，负责登记native方法，在执行引擎( Execution Engine )执行的时候通过本地方法接口（JNI）加载本地方法库中的方法
本地方法接口（JNI）
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在诞生的时候是C/C++横行的时候，想要立足，必须有调用C、C++的程序，然后在内存区域中专门开辟了一块标记区域: Native Method Stack，负责登记native方法，在执行引擎( Execution Engine )执行的时候通过本地方法接口（JNI）加载本地方法库中的方法
6.PC程序计数器（了解）
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
为什么需要程序计数器？记录要执行的代码位置，防止线程切换重新执行
字节码执行引擎修改程序计数器的值
7.方法区（Method Area）
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（static）、常量（final）、类信息(构造方法、接口定义)（Class）、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
8.栈
栈:后进先出,每个线程都有自己的栈，栈内存主管程序的运行,生命周期和线程同步,线程结束,栈内存也就是释放。
对于栈来说,不存在垃圾回收问题,一旦线程结束,栈就结束.
栈内存中运行:8大基本类型+对象引用+实例的方法.
栈运行原理:栈桢
栈满了:StackOverflowError
队列:先进先出(FIFO:First Input First Output)
栈细分为4部分：
例：int a=7；
局部变量表：存放局部变量（a）
操作数栈：存放操作数（7）
动态链接：将符号引用转成直接引用（符号引用就是你知道调用了谁，直接引用就是你拿到可要调用的方法的地址）
方法出口：方法结束
javap -c xxx.class 反汇编
9.堆（重点）
一个JVM只有一个堆内存,堆内存的大小是可以调节的,类加载器读取类文件后,一般会把类,方法,常量,变量,我们所有引用类型的真实对象,放入堆中。
堆内存细分为三个区域:
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新生区(伊甸园区):Young/New
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养老区old
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永久区Perm
新生区:类的诞生,成长和死亡的地方
分为:
- 伊甸园区:所有对象都在伊甸园区new出来
- 幸存0区和幸存1区:轻GC之后存下来的
老年区(养老区)：多次轻GC存活下来的对象放在老年区
真理:经过研究，99%的对象都是临时对象!
永久区
注意：
元空间：逻辑上存在，物理上不存在 ，因为：存储在本地磁盘内,不占用虚拟机内存
默认情况下,JVM使用的最大内存为电脑总内存的四分之一,JVM使用的初始化内存为电脑总内存的六十四分之一.
总结：
- 栈：基本类型的变量，对象的引用变量，实例对象的方法
- 堆：存放由new创建的对象和数组
- 方法区：Class对象，static变量，常量池（常量）
10.使用JPofiler工具分析OOM原因
常用调优工具：jvisualVM Arthas（阿里的，常用！！！）
测试：OutOfMemoryError
public class Test2 {
static String a="111111111111";
public static void main(String[] args) {
while (true){
a=a+ new Random().nextInt(99999999)+new Random().nextInt(99999999);
}
}
}
下载地址：https://www.ej-technologies.com/download/jprofiler/version_92
安装完成后，需要在IDEA中安装插件。
添加参数运行程序：
-Xms1m -Xmx1m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError:当出现OOM错误，会生成一个dump文件（进程的内存镜像）
在项目目录下找到dump文件，双击打开
可以看到什么占用了大量的内存
这里可以看到哪一行代码出现问题
11.常见JVM调优参数
| 配置参数 | 功能 |
|---|---|
| -Xms | 初始堆大小。如：-Xms256m |
| -Xmx | 最大堆大小。如：-Xmx512m |
| -Xmn | 新生代大小。通常为 Xmx 的 1/3 或 1/4。新生代 = Eden + 2 个 Survivor 空间。实际可用空间为 = Eden + 1 个 Survivor，即 90% |
| -XX:NewRatio | 新生代与老年代的比例，如 –XX:NewRatio=2，则新生代占整个堆空间的1/3，老年代占2/3 |
| -XX:SurvivorRatio | 新生代中 Eden 与 Survivor 的比值。默认值为 8。即 Eden 占新生代空间的 8/10，另外两个 Survivor 各占 1/10 |
| -XX:+PrintGCDetails | 打印 GC 信息 |
| -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError | 让虚拟机在发生内存溢出时 Dump 出当前的内存堆转储快照，以便分析用 |
12.常见垃圾回收算法
1.引用计数算法
原理是此对象有一个引用，即增加一个计数，删除一个引用则减少一个计数。垃圾回收时，只用收集计数为 0 的对象。此算法最致命的是无法处理循环引用的问题。
2.复制算法
此算法把内存空间划为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。垃圾回收时，遍历当前使用区域，把正在使用中的对象复制到另外一个区域中。此算法每次只处理正在使用中的对象，因此复制成本比较小，同时复制过去以后还能进行相应的内存整理。
优点：不会出现碎片化问题
缺点：需要两倍内存空间，浪费
3.标记-清除算法
此算法执行分两阶段。第一阶段从引用根节点开始标记可回收对象，第二阶段遍历整个堆，把未标记的对象清除。
优点：不会浪费内存空间
缺点：此算法需要暂停整个应用，同时，会产生内存碎片
4.标记-压缩算法
此算法结合了“标记-清除”和“复制”两个算法的优点。也是分两阶段，第一阶段从根节点开始标记所有可回收对象，第二阶段遍历整个堆，清除未标记对象并且把存活对象“压缩”到堆的其中一块，按顺序排放。
此算法避免了“标记-清除”的碎片问题，同时也避免了“复制”算法的空间问题。
13.分代回收策略
1.绝大多数刚刚被创建的对象会存放在Eden区
2.当Eden区第一次满的时候，会触发MinorGC（轻GC）。首先将Eden区的垃圾对象回收清除，并将存活的对象复制到S0，此时S1是空的。
3.下一次Eden区满时，再执行一次垃圾回收，此次会将Eden和S0区中所有垃圾对象清除，并将存活对象复制到S1，此时S0变为空。
4.如此反复在S0和S1之间切换几次（默认15次）之后，还存活的对象将他们转移到老年代中。
5.当老年代满了时会触发FullGC（全GC）
MinorGC
- 使用的算法是复制算法
- 年轻代堆空间紧张时会被触发
- 相对于全收集而言，收集间隔较短
FullGC
- 使用的算法一般是标记压缩算法
- 当老年代堆空间满了，会触发全收集操作
- 可以使用 System.gc()方法来显式的启动全收集
- 全收集非常耗时
14.垃圾收集器
垃圾回收器的常规匹配：
1.串行收集器（Serial）
Serial 收集器是 Hotspot 运行在 Client 模式下的默认新生代收集器, 它的特点是：单线程收集, 但它却简单而高效
2.并行收集器（ParNew）
ParNew 收集器其实是前面 Serial 的多线程版本
3.Parallel Scavenge 收集器
与 ParNew 类似, Parallel Scavenge 也是使用复制算法, 也是并行多线程收集器. 但与其
他收集器关注尽可能缩短垃圾收集时间不同, Parallel Scavenge 更关注系统吞吐量:
系统吞吐量=运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)
4.Serial Old 收集器
Serial Old 是 Serial 收集器的老年代版本, 同样是单线程收集器,使用“标记-整理”算法
5.Parallel Old 收集器
Parallel Old 是 Parallel Scavenge 收集器的老年代版本, 使用多线程和“标记－整理”算
法, 吞吐量优先
6.CMS 收集器（Concurrent Mark Sweep）
CMS是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器(CMS又称多并发低暂停的收集器),
基于”标记-清除”算法实现, 整个 GC 过程分为以下 4 个步骤:
- 初始标记(CMS initial mark)
- 并发标记(CMS concurrent mark: GC Roots Tracing 过程)
- 重新标记(CMS remark)
- 并发清除(CMS concurrent sweep: 已死对象将会就地释放, 注意:此处没有压缩)
7.G1 收集器
G1将堆内存“化整为零”，将堆内存划分成多个大小相等独立区域（Region），每一个Region都可以根据需要，扮演新生代的Eden空间、Survivor空间，或者老年代空间。收集器能够对扮演不同角色的Region采用不同的策略去处理，这样无论是新创建的对象还是已经存活了一段时间、熬过多次收集的旧对象都能获取很好的收集效果。
为什么要垃圾回收时要设计STW（stop the world）？
如果不设计STW，可能在垃圾回收时用户线程就执行完了，堆中的对象都失去了引用，全部变成了垃圾，索性就设计了STW，快速做完垃圾回收，再恢复用户线程运行。
15.JMM
JMM（java内存模型）Java Memory Model，本身是一个抽象的概念，不是真实存在的，它描述的是一组规则或规范，通过这组规范定义了程序中各个变量（包括实例字段、静态字段和构成数组对象的元素）的访问方式。
JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存（Main Memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（Local Memory），本地内存中存储了该线程读/写共享变量的副本。
JMM内存模型三大特性
1、原子性
- 使用 synchronized 互斥锁来保证操作的原子性
2、可见性：
- volatile，会强制将该变量自己和当时其他变量的状态都刷出缓存。
- synchronized，对一个变量执行 unlock 操作之前，必须把变量值同步回主内存。
- final，被 final 关键字修饰的字段在构造器中一旦初始化完成，并且没有发生 this 逃逸（其它线程通过 this 引用访问到初始化了一半的对象），那么其它线程就能看见 final 字段的值。
3、有序性
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源代码 -> 编译器优化的重排 -> 指令并行的重排 -> 内存系统的重排 ->最终执行的命令
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重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性
处理器在进行重排时必须考虑数据的依赖性，多线程环境线程交替执行，由于编译器优化重排的存在，两个线程中使用的变量能否保证一致性是无法确定的。