JVM基本知识

JVM的基本知识

0.JVM的预知知识

• JVM是用c语言写的，在操作系统之上。
• java在jre里面运行。

1.JVM的位置

2.JVM的体系结构

• 文件一开始为.java文件，用过javac编译为Class File（.class字节码文件），再到达类加载器Class Loader.
• 栈Stack、本地方法栈、程序计数器里面不可能有垃圾，有垃圾的话，程序就会报错了.
• 方法区属于特殊的堆，所谓的JVM调优就是在调堆和方法区，大部分在调堆.
• 执行引擎包含：解释器、编译器、垃圾回收器.

3.类加载器

• 作用：加载Class文件
• 四类加载器：
  • 虚拟机自带的加载器
  • 启动类(根)加载器(Bootstrap)：负责java平台核心库，用来装载核心类库（该加载器无法直接获取），用c写的。
  • 扩展类加载器(Extension)
  • 应用程序加载器(App)

public class Car {

    public int age;

    public static void main(String[] args) {
        //类是模板，对象是具体的
        Car car1 = new Car();

        Class<? extends Car> aClass1 = car1.getClass();

        ClassLoader classLoader = aClass1.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);   //AppClassLoader

        System.out.println(classLoader.getParent());   //ExtClassLoader

        System.out.println(classLoader.getParent().getParent());   //null
        // 为null的可能： 1.不存在 2.java程序获取不到

    }

}

4.双亲委派机制

• 定义：双亲委派机制是当类加载器需要加载某一个.class字节码文件时，则首先会把这个任务委托给他的上级类加载器，递归这个操作，如果上级没有加载该.class文件，自己才会去加载这个.class。
• 作用：
  • 防止加载同一个.class。通过委托去询问上级是否已经加载过该.class，如果加载过了，则不需要重新加载。保证了数据安全。
  • 保证核心.class不被篡改。通过委托的方式，保证核心.class不被篡改，即使被篡改也不会被加载，即使被加载也不会是同一个class对象，因为不同的加载器加载同一个.class也不是同一个Class对象。这样则保证了Class的执行安全。

• 这段代码执行不了。
• 原因是：
  • 类加载器收到类记载的请求。
  • 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（Boot）。
  • 启动类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。
  • 重复步骤3。
  • 都找不到就报出Class Not Found错误。

5.沙箱安全机制

• 沙箱：一个限制程序运行的环境。
• 沙箱机制：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话。
• 主要限制系统资源访问，例如 CPU、内存、文件系统、网络。

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。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）： 类装载器在三个方面对java沙箱起作用
  • 防止恶意代码去干涉善意的代码。 （双亲委派机制）
  • 守护了被信任的类库边界。（双亲委派机制）
  • 将代码归入保护域，确定了代码可以进行哪些操作。（沙箱安全机制）

6.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，进入本地方法栈，调用本地方法本地接口( JNI（JNI作用为：扩展java的使用，融合不同的编程语言为java所用，最初想融合c、c++。） )。

7.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。

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（static）、常量（final）、类信息（Class）（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。

9.栈

• 主要存储 8大基本类型 + 对象引用 + 实例方法，栈不可能存在垃圾
• 栈运行原理：栈帧
• 栈满了就会出现StackOverflowError
• 问题：
  • 栈怎么存东西
  • 画一个对象实例化的过程在内存中

10.三种JVM

• Sun公司 HotSpot （在cmd中 Java -version看当前用哪个虚拟机）
• BEA
• IBM

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。

• 类加载器读取类文件之后，会把类实例、方法、常量、变量放堆中，保存我们所有引用类型的真实对象。

• 堆内存分为三个区域

  • 新生区（伊甸(dian)园区）

  • 养老区

  • 永久区（在JDK8以后，永久区改名字为元空间，本质没什么区别）

    

    

    • 元空间在逻辑上存在，物理上不存在。

• GC垃圾回收主要在伊甸园区和养老区，垃圾回收分为轻量级（针对新生区来的）和重量级。

• 假设内存满了，就会报OOM错误，堆内存不够（java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space）。

  • 报OOM时：
    1. 尝试扩大堆内存看结果。
    2. 分析内存，看一下哪个地方出现了问题（专业工具）

  import java.util.Random;
  
  public class oom {
      public static void main(String[] args) {
          String str = "dongdongdong";
          //在java中，String可以无限长，但堆内存会满
  
          while (true){
              str += str + new Random().nextInt(888888888);
          }
      }
  }
  
  

12.新生区，老年区

1. 新生区：
   • 类诞生和成长的地方、甚至死亡。
   • 分为伊甸园区和幸存者0区、幸存者1区。
     • 所有的对象都是在伊甸园区new出来的。
2. 老年区

13.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，这个区域不存在垃圾回收，当关闭虚拟机就会释放这个区域的内存。

14.堆内存调优

15.GC：垃圾回收器

• GC的作用区域：

  

• GC题目：

  • JVM的内存模型和分区
  • 堆里面的Eden、from、to、老年区，各有什么特点？
  • 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
  • 轻GC和重GC分别在什么时候发生？

16.JMM

• Java Memory Model：java内存模型

• 作用：缓存一致性协议，用于定义数据读写的规则（是规则就该遵守）。

  JMM定义了线程工作内存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）。

  

  解决共享对象可见性这个问题：voliate

MM

• Java Memory Model：java内存模型

• 作用：缓存一致性协议，用于定义数据读写的规则（是规则就该遵守）。

  JMM定义了线程工作内存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）。

  [外链图片转存中…(img-mer25vCy-1635465740926)]

  解决共享对象可见性这个问题：voliate

17.总结