JVM详解-基础篇

1.JVM的位置

JVM（Java Virtual Machine）是 Java 虚拟机，用于运行 Java 编译后的二进制字节码，最后生成机器指令。
JVM 是 Java 能够跨平台的核心,位置:JVM 上承开发语言，下接操作系统，它的中间接口就是字节码。

java程序->java字节码文件->JVM->操作系统->硬件系统
如图

2.JVM的体系结构

注意:栈,本地方法栈,程序计数器中没有垃圾回收.JVM调优说的就是调方法区和堆
如图

3.类加载器

3.1作用: 将一个类进行加载,初始化 变成一个实例化对象
加载 Class文件通过
Test02 t1 = new Test02(); 实例化对象
Test02 t2 = new Test02();; 实例化对象
Class class1 = t1.getClass();将对象返回成类
Class class2 = t2.getClass();将对象返回成类

注意:类是模板,对象是具体的

3.2加载器的种类:
1.虚拟机自带的加载器
2.启动类(根) 加载器 Bootstrap classLoader
3.扩展类加载器 ExtClassLoader
4.应用程序加载器 AppClassLoader

t.println(classLoader); //appClassLoader
打印结果:jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader@2077d4de
System.out.println(classLoader.getParent()); //ExtclassLoader 位置在 \jre\lib\ext
System.out.println(classLoader.getParent().getParent()); //null 位置在jt.jar
结果是null 原因有两个: 1.不存在 2.java程序获取不到
这里为null的原因:java调用不到 C,C++的程序
java=>C+±- 去除了指针和内存管理

4.双亲委派机制

目的:1.避免类的重复加载。2.保证安全,防止bug
1.类加载器收到类加载的请求

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,直到启动类加载器

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,通知子类加载或抛异常

总结: new 一个类的时候,先找app加载器,在找扩展加载器,再向上层找得到根加载器,看有能否加载,能加载,则执行加载类,创建对象
常见异常:CLass Not Found

5.沙箱安全机制

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。
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 (Protected Domain)，对应不一样的权限 (Permission)
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。
类装载器（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

6.Native

是一个关键字: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,
1.会进入本地方法栈,调用本地方法接口 JNI(java native interface).
JNI的作用: 扩展java的使用,融合不同的编程语言为java所用!
2.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
3.在最终执行的时候,加载本地方法库中的方法通过JNI

7.PC寄存器

即程序计数器: 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(用来存储指向一条指令的地址,
也即将要执行党的指令代码),在执行引擎读取吓一跳指令,是一个非常小的内存空间,几乎可以忽略不计

8.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,此区域属于共享区间
!!! 静态变量,常量,类信息(构造之后,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
static final Class 常量池(1.8之后放进了元空间)

9.栈:数据结构

程序=数据结构+算法
程序=框架+业务逻辑
栈:先进后出 后进先出 -桶
队列:先进先出 -排队(first input first output)

栈用来存放 数据类型的变量和对象的引用变量,运行速度快,主管程序的运行,每个线程都有一个栈,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了

栈存放: 8大基本类型变量+对象的引用变量+实例的方法
栈运行原理:栈帧,程序正在执行的方法,一定在栈的顶部.栈如果满了,就会跑出栈溢出-StackOverFlowError 错误
栈+堆的交互 一个类被new 把名字给栈 把实例给堆
注意:java的本质是值传递,只不过传递的是内存地址的值

10.三种JVM

1.hotpot -我们用的 cmd命令java -version可查
2.BEA JRockit (了解)
3.IBM j9 (了解)

11.堆

Heap,一个JVM只有一个堆内存,堆内存的大小是可以调节的.
类加载器兑取类文件后,会把类,方法,常量,变量,保存我们所有引用类型的真实对象,

堆分为 新生代(伊甸园和幸存区) +老年代 +元空间
堆主要存放:对象实例和数组

12.新生代和老年区

新生代又分为伊甸园和幸存区 (轻GC垃圾清理)是类诞生和成长的地方、甚至死亡
1.伊甸园:所有的对象都是在伊甸园产生的
2.幸存0区和1区 满了会进入老年区 会进行重GC
3.老年区 (重GC垃圾清理)
真理:经过研究,java中的对象99%都是临时对象
GC回收,主要是在伊甸园和养老区
内存满了的话会包错误: java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space
4.元空间(1.8之前是永久区,1.8之后改为元空间)

13.元空间

一种新的内存空间

JDK8 HotSpot JVM 将移除永久区，使用本地内存来存储类元数据信息并称之为：元空间（Metaspace）。这意味着不会再有java.lang.OutOfMemoryError: PermGen问题，也不再需要你进行调优及监控内存空间的使用。

14.堆内存调优

jProfiler 插件
可以调节堆内存大小 configuration中的environment Vm options输入 -Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails
dump代码: -Xms3m -Xmx3m -XX:+HeapDumpOutOfMemoryError

15.GC

1.作用范围:GC的作用区域在 堆和方法区里
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

       伊甸园
       幸存区(form,to) (谁空谁是to)

老年区
元空间
2.类型:GC两种类型:轻GC(普通的) 重GC(全局的)
3.GC的算法有哪些?
标记清除法,标记压缩,复制算法,引用计数器

3.1引用计数法:计数器本身也会有消耗 计数 不常用

3.2复制算法:

1.每次GC都会Eden获得对象移到幸存区中: 一旦Eden区被GC后,就会是空的
2.会把其中一个复制到另一个,使to区为空,谁空谁是to区,会来回复制.当一个对象经历了15次GC还没死,会进入老年代里
-XX: -XX:MaxTrnuringThreshold=5 通过这个参数可以设定进入老年代的时间
新生代主要是用的复制算法 ,好处:没有内存碎片,坏处:浪费了内存空间,to区的空间是空的
最佳使用场景:对象存活度较低的时候-新生区

3.3标记清除法:扫描这些对象,对这些存活的对象进行标记,然后对没有标记的对象进行清除
缺点:两次扫描,严重浪费时间,会产生内存碎片.
优点:不需要额外的空间

3.4标记压缩法:对清除法进行的优化,防止内存碎片产生,再次扫描,向一端移动存活的对象

方法比较:
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(内存碎片问题)
内存利用率: 标记压缩算法=标记清除算法>复制算法
3.5没有最优,只有最合适, —分代收集算法(混合使用)
新生代 用复制算法(存活率低)
老年代 标记清除(内存碎片不是太多时)+标记压缩混合使用

16.JMM

1.什么是JMM?
Java Memory Model内存模型,一种解决缓存一致性问题JMM规范、一种协议
2.它是干嘛的?
JMM定义了线程工作内存和主内存之间的抽象关系 ,每个线程都有自己的工作区域,是从主内存拷贝的，线程之间的共享变量存储在主内存(main Memory)，所以会发生工作内存改变，没有同步到主内存的问题，即不一致。
JMM的目的是解决由于多线程通过共享内存进行通信时，存在的本地内存数据不一致、编译器会对代码指令重排序、处理器会对代码乱序执行等带来的问题。
3. 如何保证数据同步:保证可见性:voliate,保证了共享对象的可见性和有序性(不保证原子性)
4.作用:缓存一致性协议,用于定义数据读写的规则

17.JVM调优

JVM调优工具
在IDEA中整合工具java visualVM
1.安装VisualVM插件
2.配置VisualVM

3.启动项目

4.完成