18 - JVM探究
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请你谈谈对JVM的理解?java8虚拟机和之前的变化更新?
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什么是OOM,什么是栈溢出StackOverFlowError?怎么分析?
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JVM常用的调优参数有哪些?
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内存快照如何抓取,怎么分析Dump文件?
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谈谈对JVM中类加载器的认识?
1. JVM的位置
2. JVM的体系结构
3. 类加载器
作用:加载Class文件
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虚拟机自带的加载器
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启动类(根)加载器(在rt.jar下)
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扩展类加载器(ExtClassLoader)
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应用程序(系统类)加载器(AppClassLoader)
1 public class Car { 2 public int age; 3 4 public static void main(String[] args) { 5 // 类是模板(抽象),对象是实例(具体) 6 Car car1 = new Car(); 7 Car car2 = new Car(); 8 Car car3 = new Car(); 9 10 System.out.println("car对象:"); // 输出不同 11 System.out.println(car1.hashCode()); 12 System.out.println(car2.hashCode()); 13 System.out.println(car3.hashCode()); 14 15 System.out.println("getClass:"); // 输出相同 16 Class<? extends Car> aClass1 = car1.getClass(); 17 Class<? extends Car> aClass2 = car1.getClass(); 18 Class<? extends Car> aClass3 = car1.getClass(); 19 System.out.println(aClass1); 20 System.out.println(aClass2); 21 System.out.println(aClass3); 22 23 System.out.println("getClassLoader:"); 24 ClassLoader classLoader = aClass1.getClassLoader(); 25 System.out.println("classLoader-> " + classLoader); // AppClassLoader 26 System.out.println("classLoader.getParent()-> " + classLoader.getParent()); // ExtClassLoader \jre\lib\ext 27 System.out.println("classLoader.getParent().getParent()-> " + classLoader.getParent().getParent()); // null 28 // null 1. 不存在; 2. java程序获取不到 rt.jar 29 } 30 } 31 // 运行结果 32 car对象: 33 460141958 34 1163157884 35 1956725890 36 getClass: 37 class Car 38 class Car 39 class Car 40 getClassLoader: 41 classLoader-> sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2 42 classLoader.getParent()-> sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1540e19d 43 classLoader.getParent().getParent()-> null
4. 双亲委派机制
双亲委派机制是为了确保安全的。
原理:运行一个类之前,向上寻找加载器(APP-->EXT-->BOOT):
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类加载器收到类加载的请求;
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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;
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启动加载器检查是否能够加载当前这个类,能加载则结束,使用当前的加载器,否则抛出异常,通知子加载器进行加载,直到应用程序加载器。
5. 沙箱安全机制
参考链接:https://blog.csdn.net/qq_30336433/article/details/83268945
6. Native
凡是带有native关键字的,说明超出了Java的作用范围,会去调用底层C语言的库!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,最初是针对C和C++的。
Java在内存区域中专门开辟了一块标记区域(Native Method Stack),用于登记native方法,在最终执行的时候,通过JNI加载本地方法库中的方法。
调用其它语言方法的接口:Socket.. WebService.. http..
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(用来存储指向下一条指令的地址,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
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Class(构造方法、接口定义)、运行时的常量池都存在方法区中,但是实例变量存在堆内存中,和方法区无关。
9. 栈
程序 = 数据结构 + 算法
栈内存,主管程序的运行,生命周期和线程同步;线程结束,栈内存就会被释放。对于栈来说,不存在垃圾回收问题。栈内存储的内容包括8大基本类型、对象引用、实例的方法。
栈的原理:栈帧
程序正在执行的方法,一定在栈的顶部!
10. 三种JVM
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Sun公司——HotSpot(Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.231-b11, mixed mode))
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BEA公司——JRockit
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IBM公司——J9 VM
11. 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,一般会把类、方法、常量、变量放在堆中,并且在堆中保存所有引用类型的真实对象。
堆内存中要细分为三个区域:
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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
GC垃圾回收,主要是在伊甸园区和养老区!幸存区是伊甸园区和养老区之间的过渡区域。
假设内存满了,即堆内存不够,会出现OOM错误。
在JDK8以后,永久存储区被重命名为元空间。
12. 新生区
是一个对象诞生、成长、甚至死亡的区域。
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伊甸园区:所有对象都是在伊甸园区new出来的;
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幸存区:分为0区和1区。
经过研究发现,99%的对象都是临时对象,正常情况下能够进入养老区的对象并不多。
13. 养老区
14. 永久区
这个区域是常驻内存的,用来存放JDK自身携带的Class对象以及Interface元数据,存储的是Java运行时的一些环境或类信息,这个区域不存在垃圾回收。关闭VM虚拟机就会释放这个区域的内存。
一个启动类加载了大量的第三方jar包,或者tomcat部署了太多的应用,或者大量动态生成的反射类不断被加载,使得内存被占满,可能会导致永久区崩溃,出现OOM。
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JDK1.6以前:被称为永久代,常量池位于方法区;
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JDK1.7:被称为u永久代,但是在逐渐退化,常量池在堆中;
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JDK1.8之后:无永久代,被称为元空间,常量池在元空间。
元空间的本质和永久代类似,都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于:元空间并不在虚拟机中,而是使用本地内存。
Java 8: 从永久代(PermGen)到元空间(Metaspace)
15. 堆内存调优
1 package com.wang; 2 3 // 默认情况下,分配的总内存为电脑内存(16GB)的1/4,初始化内存为电脑内存的1/64 4 public class MemoryDemo { 5 public static void main(String[] args) { 6 // 返回虚拟机试图使用的最大内存 7 long max = Runtime.getRuntime().maxMemory(); 8 // 返回JVM的初始化总内存 9 long total = Runtime.getRuntime().totalMemory(); 10 11 System.out.println("max = " + max + "Bytes\t" + (max/(double)1024/1024) + "MB"); 12 System.out.println("total = " + total + "Bytes\t" + (total/(double)1024/1024) + "MB"); 13 } 14 } 15 // 运行结果 16 max = 3779067904Bytes 3604.0MB 17 total = 255328256Bytes 243.5MB 18 // 参数: 19 // -Xms 设置初始化内存分配大小(默认1/64) 20 // -Xmx 设置最大内存分配大小(默认1/4) 21 // -XX:+PrintGCDetails 打印GC垃圾回收信息 22 // -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 输出OOM Dump 23 // 修改配置,为VM options添加添加参数后(-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails) 24 // 305664K (PSYoungGen) + 699392K (ParOldGen) = 1,005,056K = 981.5M 25 max = 1029177344Bytes 981.5MB 26 total = 1029177344Bytes 981.5MB 27 Heap 28 PSYoungGen total 305664K, used 15729K [0x00000000eab00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000) 29 eden space 262144K, 6% used [0x00000000eab00000,0x00000000eba5c420,0x00000000fab00000) 30 from space 43520K, 0% used [0x00000000fd580000,0x00000000fd580000,0x0000000100000000) 31 to space 43520K, 0% used [0x00000000fab00000,0x00000000fab00000,0x00000000fd580000) 32 ParOldGen total 699392K, used 0K [0x00000000c0000000, 0x00000000eab00000, 0x00000000eab00000) 33 object space 699392K, 0% used [0x00000000c0000000,0x00000000c0000000,0x00000000eab00000) 34 Metaspace used 3242K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K 35 class space used 350K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
元空间逻辑上存在,但物理上不存在(上述结果中新生区和老年区的内存和即为分配的内存)。
遇到OOM,如何排除:
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尝试扩大堆内存看结果如何;
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分析内存,查看出现问题的地方(专业工具):
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能够看见代码第几行出错:内存快照分析工具,MAT,Jprofiler;
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Debug,一行一行分析代码。
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内存快照分析工具,MAT,Jprofiler作用:
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分析Dump内存文件,快速定位内存泄漏;
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获得堆中的数据;
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获得大的对象;
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……
16. GC:垃圾回收机制
JVM在进行GC时,并不是对这三个区域(新生区、幸存区from/to、老年区)统一回收,大部分时候,回收的是新生代!
GC种类:轻GC(普通GC)、重GC(全局GC)
GC面试题:
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JVM的内存模型和分区,详细描述每个区存储什么?
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堆里面的分区有哪些?(Eden, from, to, Old)说说他们的特点?
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GC的算法有哪些?标记清除法,标记压缩法,复制算法,引用计数法。具体怎么使用?
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轻GC和重GC分别在什么时候发生?
引用计数法:
复制算法:
每次GC都会将Eden区存活的对象移到幸存区内:一旦Eden被GC就会变成空的!
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原理:幸存区,一块叫from,一块叫to,对象存储在Eden和from块。当进行GC时,Eden存活的对象全移到to块,而from中,存活的对象按年龄值确定去向,当达到一定值(可-XX:MaxTenuringThreshold设置,默认为15)的对象会移到年老代中,没有达到值的复制到to区,经过GC后,Eden和from被清空。之后,from和to交换角色,新的from即为原来的to块,新的to块即为原来的from块,且新的to块中对象年龄加1。
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实现过程:1. 找出活动空间(from)中所有存活的对象。2. 将这些存活的对象复制到空闲区域(to)。3. 将之前的活动空间(from)清空,然后,就变为空闲空间(to)了,而存活对象所在的区域,则变为活动空间(from)了。
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好处:没有内存碎片
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坏处:浪费了内存空间:幸存区多了一半是空的(to)
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最佳使用场景:对象存活度较低的情况下,因而经常在新生区使用复制算法。
标记清除算法:
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优点:不需要额外的空间;
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缺点:两次扫描,严重浪费时间,会产生内存碎片。
标记压缩法:
总结:
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
内存利用率:标记压缩算法 = 标记清除算法 > 复制算法
新生区:存活率低,复制算法;
老年区:区域大,存活率高,标记清除(内存碎片不是太多时) + 标记压缩混合实现。
17. JMM
Java Memory Model
作用:缓存一致性协议,用于定义数据读写的规则
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中,每个线程都有一个私有的本地内存。