JVM | Lzone

JVM相关问题

JVM位置
- JVM处于Java程序之下，os操作系统之上
- java程序执行过程
  
  注：jdk1.8后，方法区在堆中的元空间中，这里为了直观表现将其单独划分出来
  
  栈和程序计数器中不会有垃圾，JVM调优一般指对堆进行调优
- 类加载器
  
  作用：加载Class文件
  
  虚拟机自带加载器
  - 启动类（根）加载器
  - 扩展类加载器B
  - 应用程序加载器
双亲委派机制（安全）：APP->EXC->BOOT(最终执行)
- 类加载器收到类加载的请求
- 将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
- 启动加载器检查是否能加载当前类，能加载就结束，使用当前加载器，否则抛出异常，通知子加载器进行加载
- 重复步骤3，如果最终APP加载器也未找到，则class not found
沙箱安全机制（了解）

对于远程代码所添加安全性评估
Native关键字

带native关键字的说明java的作用范围无法达到，调用了底层C语言库，进入本地方法栈，调用本地方法本地接口JNI(Java Native Interface)

JNI作用：扩展Java使用，融合不同的编程语言为Java所用，最初有C和C++；他在内存中专门开辟一块标记区域：Native Method Stack，等级native方法；最终执行时，加载本地方法库中的方法通过JNI

用于驱动打印机，管理系统等
PC：程序计数器

每个线程私有的一个指针，指向方法区中的方法字节码，在执行引擎读取下一条指令，内存空间很小
方法区

静态变量(static)、常量(final)、类信息(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
java栈

先进先后，后进先出(main()方法最先执行，最后结束)

存储内容：8大基本类型，对象引用，实例方法

运行原理：栈帧

栈满后抛出错误：StackOverflowError
Java种类
- Sun公司Hotspot(主修)
- BEA JRsocket
- IBM J9 VM

堆

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，一般把类、方法、常量、变量，保存我们所有引用类型的真实对象

堆内存
- 新生区(伊甸园区)
  
  类诞生和成长的低方，所有对象都是在伊甸园区new出来的
  - 伊甸园区
  - 幸存区0区(from区)
  - 幸存区1区(to区)
    
    from区和to区会轮流交换，而to区一般为空：为了平衡空间，内存占用多的区会将对象移向内存较小的区，即from被占用内存多to空区
- 养老区(老年区)
- 永久区
  
  (jdk8以后，永久区更名为元空间)
  - jdk1.6前：永久代，常量在方法区
  - jdk1.7：永久代，慢慢退化（区有就代），常量在堆中
  - jdk1.8之后：无永久代，常量池在元空间
  方法区(非堆)也在元空间中，而常量池在方法区中
  
  常驻内存，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，该区域不存在垃圾回收，关闭VM虚拟机会释放这个区域的内存
  
  警告：启动类加载了大量的第三方jar包，Tomcat部署了太多应用或大量动态生成的反射类，不断被加载直到内存满，也会出现OOM
垃圾回收

GC垃圾回收主要是在伊甸园区和养老区，假设内存都满了，堆内存不够，抛出错误：OutOfMemoryError
- 轻GC
- 重GC(Full GC)
新生区的子区伊甸园区满后触发一次轻GC，过滤后的对象进入幸存区0区，新生区的三个子区都满后触发一次重GC，过滤后的对象进入养老区
经研究，99%的对象都是临时对象

在计算内存时元空间逻辑上存在，物理上不存在

通过添加VM option-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails来自定义虚拟机参数r

-Xms 设置初始化内存分配大小，默认1/64
-Xmx 设置最大分配内存，默认1/4
-XX:+PrintPrintGCDetails 打印GC垃圾回收信息
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 当发生OutOfMemoryError时dump出内存文件，可被jprofiler等调优软件读取

经计算新生区和养老区大小之和为实际堆占用大小，即堆内存未计算元空间大小

MAT，Jprofiler等调优器作用
- 分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏
- 获得堆中数据
- 获得大对象等

GC：垃圾回收机制

两种类型：轻GC/重GC

GC常用算法：
1. 标记清除法
  
  第一阶段：标记。从根结点出发遍历对象，对访问过的对象打上标记，表示该对象可达。
  
  第二阶段：清除。对那些没有标记的对象进行回收，这样使得不能利用的空间能够重新被利用。
  
  优点：不需要额外空间
  
  缺点：两次扫描严重浪费时间，会产生内存碎片
2. 标记压缩(标记整理)
  
  对标记清除法的优化
  
  可以先标记清除多次再进行标记压缩(标记清除压缩)
  
  优点：防止内存碎片产生
  
  缺点：又增加了一次扫描时间和移动成本
3. 复制算法
  
  每次GC都会将Eden区的对象移至幸存区，而Eden区被GC后就会变空，两个幸存区中，谁空谁是to区
  
  一个对象经历了15次GC(默认)都没有死时会进入养老区
  
  用-XX:MaxTenuringThreshold=9设置参数可以设定进入养老区所需GC次数为9
  
  复制算法一般用于年轻代GC，如图所示
  
  优点：没有内存碎片，对象存活度较低时使用效果好
  
  缺点：浪费一半的幸存空间
4. 引用计数器
  
  给每个计数器创造专属计数器并赋值为0，每当一个对象被引用便给它的计数器+1，触发GC时淘汰计数器数值小的数个对象
  
  缺点是计数器本身也要占用内存，因此在JVM中不应用此方法
GC总结
- 内存效率：复制效率>标记清除算法>标记压缩算法(时间复杂度)
- 内内存整齐度：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
没有最好的算法，只有最合适的算法

GC：分代收集算法
- 年轻代：存活率低：复制算法
- 老年代：区域大，存活率高：标记清除+标记压缩混合实现
JMM(Java Memory Model)

作用：缓存一致性协议，用于定义数据读取的规则；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储存在主内存中，每个线程都有一个私有的本地内存

解决共享对象可见性问题：volilate关键字

JMM对这八种指令的使用，制定了如下规则：
- 不允许read和load、store和write操作之一单独出现。即使用了read必须load，使用了store必须write
- 不允许线程丢弃他最近的assign操作，即工作变量的数据改变了之后，必须告知主存
- 不允许一个线程将没有assign的数据从工作内存同步回主内存
- 一个新的变量必须在主内存中诞生，不允许工作内存直接使用一个未被初始化的变量。就是怼变量实施use、store操作之前，必须经过assign和load操作
- 一个变量同一时间只有一个线程能对其进行lock。多次lock后，必须执行相同次数的unlock才能解锁
- 如果对一个变量进行lock操作，会清空所有工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，必须重新load或assign操作初始化变量的值
- 如果一个变量没有被lock，就不能对其进行unlock操作。也不能unlock一个被其他线程锁住的变量
- 对一个变量进行unlock操作之前，必须把此变量同步回主内存
　　JMM对这八种操作规则和对volatile的一些特殊规则就能确定哪里操作是线程安全，哪些操作是线程不安全的了。但是这些规则实在复杂，很难在实践中直接分析。所以一般我们也不会通过上述规则进行分析。更多的时候，使用java的happen-before规则来进行分析。