JVM突击-基础篇

把自己理解的JVM知识点进行整理，方便回顾.

1. JVM 运行时区域有哪些，作用分别是什么

JVM运行时区域分为五个部分，分别为：方法区(Method Area)、堆(Heap)、程序计数器(Program Counter Register)、Java虚拟机栈(JVM Stack)、本地方法栈(Native Method Stack)。
其中方法区和堆是所有线程共享的，而程序计数器、Java虚拟机栈、和本地方法栈是线程私有的。

1.1 方法区存的是什么

方法区是线程共享区域，它存储已加载的Class类信息，比如字符串常量、字段、方法数据和JIT编辑后的代码。

1.2 为什么字符串常量池要由方法区移到堆中

运行时常量池保存一堆的符号引用和常量。
字符串常量池在JDK1.7由方法区移到了堆中，因为方法区可能会由于大量的字符串常量导致方法区被占满，从而导致FullGC.

1.3 JDK1.8之后为什么用元空间来作为方法区的实现

方法区在JDK1.7之前的版本中，用永久带(Perm)来实现， JDK1.8之后用元空间(MetaSpace)来实现。因为方法区的大小不好评估，评估的大了浪费空间，因为当JVM启动时永久带就会占用你设置好的内存大小，尽管你没用到那么多。评估的小了容易造成方法区OOM。 所以1.8以后采用元空间来实现，元空间用的是本地内存，它的大小受限于你整个机器的内存，不过JVM提供了参数 (-XX:MaxMetaspaceSize) 来控制最大可使用的内存空间大小，防止异常情况下耗尽机器内存。

1.4 JIT是什么

Just-in-Time Compiler 即时编译，对于热点代码，JVM会把热点代码的字节码编译成机器码放到方法区，下次执行时直接执行对应的机器码来提高执行效率。 默认执行10000次后，JVM会对它进行JIT优化。如果没有开启JIT编译优化的话，执行代码时则需要先把字节码转换成机器码交由系统去执行。 为什么不把所有代码全直接编译称机器码，一是因为你项目中的代码并不全是热点代码，二是编译后的机器码存在方法区也会占用方法区的内存。

1.5 程序计数器的作用

线程私有， 记录当前线程执行到哪儿了，如果执行的是本地方法，则为空。比如在发生线程上下文切换时，记录切换时线程执行的指令位置。

2. 堆为什么要进行分代设计

2.1 堆分代设计

由于大部分对象的存活时间比较短，方法执行完就不用了，只有少量对象的存活时间比较长。根据这种特性，把堆进行划分为年轻代、老年代。

老年代和年轻代的默认大小比例为2:1，同时老年代作为年轻代的一个担保，年轻代放不下的对象可以转移到老年代中。由于没有区域为老年代做担保，为了防止新生代存活对象过早进入老年代，JVM在新生代又划分出Eden区和2个Survivor区(S0和S1)，当新生代发生YoungGC时把Eden区存活对象复制到S0区，等下次再进行YoungGC时把Eden区和S0存活的对象复制到S1区，然后重复整个过程。 对象有一个age属性，对象每经过一次GC，它的age就会加一，当存活对象的age到达15次时，这些存活对象会被转移到老年代。

2.2 对象的创建过程是怎样的

创建对象时大体上分这么几个步骤：类加载、为对象分配内存、对象的初始化。

下面分析各个步骤：

2.2.1 类加载

如果类没有加载过，先执行类加载，类加载过程分为7个步骤：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载。

2.2.2.1 请说一下类加载的过程

首先把Class字节码文件从磁盘加载进内存，同时验证字节码文件是否符合JVM规范，并生成对应的Class对象。
准备是给类的静态变量分配内存空间并赋默认值，
解析是把符号引用转换为直接引用， 因为在字节码文件中，字段，方法，类都是用符号表示的，需要把符号转换为对应字段、方法、类在内存中的直接引用。
初始化指的是静态变量赋值，或者执行代码块语句

2.2.2.2 双亲委派机制是什么意思？

在类加载过程中会有双亲委派机制，当要加载一个类时，当前类加载器不会自己去加载，而是交由父类加载器去加载，父类加载器重复这个过程，最终会委托到BootstrapClassLoader，如果父类加载器加载到了就用加载到的这个Class，如果父类加载器说它找不到要加载的类，子类加载器再尝试加载，如果都加载不到则报ClassNotFoundException.这么做的目的是防止类被重复加载、保证Java核心类由默认加载器去加载，不然随便写一个Object类在里面搞点儿事情会导致JVM不安全。

2.2.2.3 可以破坏双亲委派机制吗，能举例说一下吗

可以破坏双亲委派模型，JDK的SPI、tomcat的类加载、热部署等场景破坏双亲委派。

  • Java的 SPI
    SPI全称是 Service Provider Interface， 可以根据一个接口，去加载它对应的实现类。SPI去加载某个类时直接指定了由哪个类加载去加载，这个地方破坏了双亲委派模型。SPI默认用的类加载器是当前线程上下文类加载(Thread.currentThread().getContextClassLoader())， 默认是sun.misc.Launcher.AppClassLoader，你可以可以通过Thread.currentThread().setContextClassLoader(classLoader);手动设置线程上线文类加载器.

SPI加载类时默认用的是当前线程上线文类加载器源码：

public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
		ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
		return ServiceLoader.load(service, cl);
}

注意： 当 ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader()，当loader去加载类时，还是走的loadClass的方法，它是满足双亲委派模型的，只不过SPI上来就指定了classloader，少了向父类去委托的过程。另外由于我们可以自己设置classloader所以自定义classloader如果重写了loadClass方法不往上委托，则肯定就破坏了双亲委派。

JDK中用到SPI的地方

  • JDK中的Driver接口，它提供了操作数据库的规范，但是不同的数据库内部操作逻辑不一样，JDK不可能把所有数据库的逻辑全实现一遍。可以由不同厂商自己实现自己的数据库操作逻辑，数据库实现类我们一般是通过引入三方Jar包放到classpath上，通过SPI机制动态获取实现类。

  • Tomcat
    每个webapp有自己的ClassLoader，每个webapp下面的类由当前webapp对应的ClassLoader去加载，以实现每个webapp加载不同版本的Class；对于Java核心类交由父类加载器加载，保证核心类的安全。

  • 热部署
    热部署的话当收到类加载请求时，不往父类去委托。

2.2.3 对象分配内存

经过了上一步的类加载后，下面就需要为对象申请内存空间，默认在Eden区分配，但是要考虑不同线程进行内存分配时的线程安全问题。JVM通过TLAB(线程本地分配缓冲区)来避免多线程内存资源竞争问题，每个线程在创建的时候会在堆中给它分配一小块内存区域，线程私有。 每个线程需要申请内存时先从自己的TLAB上去分配，如果TLAB空间不够了，再通过CAS的方式申请共享区域的内存。

根据内存的规整情况，内存分配有2种分配方式：指针碰撞、空闲列表

  • 指针碰撞
    适用于内存空间是连续的情况，用一个指针指示下次从哪儿开始分配内存，分配时直接把指针往后移动即可。

  • 空闲列表
    适用于内存空间不连续，有内存碎片的情况，系统记录了哪部分的空间是可用的，分配时从可用空间找一个即可。

内存是否规整取决于使用那种垃圾回收算法，复制算法和标记整理算法内存空间是连续的，标记清除算法内存空间是不连续的

2.2.3.1 了解逃逸分析吗（标量替换、栈上分配）

逃逸分析指分析对象的作用域有没有逃逸出当前方法，比如我创建了一个类，它作为其他方法的入参或者方法返回值，那就表示对象逃逸出去了。如果没有对象逃逸的话JVM可能会对这个对象进行一些优化，比如同步消除，标量替换和栈上分配。

同步消除：如果对象有同步方法，但是它又不会被其他线程访问，那就可以进行锁消除

标量替换：如果对象的属性都是一些基础类型，则JVM不会在堆中创建该对象，直接在栈上创建若干变量来替代对象。 当方法执行完时，栈上的变量随着销毁。 优点是减轻JVM GC的压力，缺点是分析对象的逃逸分析可能耗费性能。

栈上分配：JVM使用标量替换来实现栈上分配对象。

2.2.3.2 新创建的对象一定在Eden区吗

不一定，比如大对象可能直接分配到老年代，大对象指的是需要大量连续内存空间的对象。JVM有个参数-XX:PreTureneSize=1m可以设置多大的对象直接分配到老年代，要避免少创建大对象，减少老年代的内存占用，减轻老年代GC的频率。

2.2.3.3 哪些情况下对象会进入老年代
  • 上面说的大对象的情况
  • Eden区可用空间放不下了
  • Survivor区相同年龄对象的大小总和中超过Survivor区空间一半大小的，大于该年龄的对象直接进入老年代
2.2.4 对象初始化

分配完内存后，对象的各字段值都是默认值， 通过构造器、静态代码块等执行对象的初始化。

2.2.5 把引用指向内存地址

对象初始化完后，把对象的地址赋值给引用变量。

访问内存对象的方式一般有2种：句柄池、引用

  • 句柄池
    栈中的引用变量指向一个堆中的句柄池中，句柄池中再引用内存中的对象。
    优点是当内存中的对象内存地址发生变化时，线程栈中的引用变量的指向值不需要变化，只需要更新句柄池中的地址。
    缺点是定位对象的性能低，要经过句柄池的转换。

  • 直接引用
    栈中的引用变量直接指向对象的内存地址。JVM默认采用直接引用的方式
    优点是定位对象的性能高。
    缺点是当对象内存地址发生变化时，需要更新线程栈中引用变量的指向。

3. Java虚拟机栈 JVM Stack 里面存的是什么

线程私有，JVM Stack的生命周期和线程相同。当线程被创建时会创建对应的JVM Stack，当线程被销毁时它也随着销毁。JVM Stack里面存放着一个一个的栈帧(Frame), 当调用一个方法时就会创建一个栈帧，并把栈帧压入Stack，当方法执行完成后从虚拟机栈弹出当前栈帧。

3.1 栈帧 Frame

栈帧里面存放局部变量表、操作数栈、指向运行时常量池中当前方法的引用。

  • 局部变量表
    存放方法入参、局部变量、方法返回地址等信息

  • 操作数栈
    利用操作数栈的压栈和出栈来操作我们的变量，比如变量计算

  • 指向运行时常量池中当前方法的引用
    用来支持当前方法动态链接

3.2 动态链接是什么

动态链接的作用是把要调用的符号方法引用转换成具体的方法引用。当我一个方法中要调用其他类的方法时，或者进行多态调用时，需要对应的方法符号引用转换成直接引用。因为当JVM启动时并不会把所有Class文件全加载进内存，可以理解为是按需加载。

持续更新～～

posted @ 2022-03-30 16:31  cxyxq  阅读(45)  评论(0)  编辑  收藏  举报