JVM学习

1.1  JVM 种类

重用HOTSPOT。还有些列入 IBM开发的灯。

 

1.4 JVM和操作系统的关系

 

1.5 JVM JRE JDK

JDK -> JRE -> JVM

开发需要JDK，运行需要JRE

 

1.6 JVM虚拟机规范

JVM是栈结构。JVM翻译字节码有两种方式，解释执行，还有一种是JIT 。

 

1.7 JVM整体架构

 init 改为 initiation. 先执行 cinit （静态变量，静态方法），再为 init（非静态类成员，接口）。

linking 。

• verify，验证字节码有没有危险（验证格式，元数据，字节码，符号引用）。
• prepare。给静态变量赋初值 比如int 给个0， final 的直接赋值。初始化（成员变量不会在这赋值，init才给出始化值）
• resolve。将符号引用换成直接引用。（直接引用，可以直接链接），解析阶段则把这个类激活了

 

pc registers	占用内存小，线程私有 thread-specific data	大致为字节码(byte code)行号		靠线程里面的程序计数器。因此可以找到下一条执行指令。每个线程有一个独立的计数器。因此不同线程切换执行可以正常执行
VM stack area	线程私有，空间连续 continuous space	局部变量表，操作栈，动态链接、方法返回地址等	-xss
heap area	线程共享，生命周期跟JVM相同，空间地址可以不连续	保存对象的实例， 所有对象实例都要在堆上分配	-Xms -Xsx -Xmn	（JDK 8）
method area （meta area）	线程共享，生命周期跟JVM相同，空间地址可以不连续	存储已被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量。即时编译器编译 后的代码等数据
native method area	线程私有	为链接native方法使用

 

1.8 JVM运行时内存介绍

1）runtime area JDK8

JDK 8 中，method area 换成了 meta space。meta space 和 direct memory 放在了jdk意外的地方，单独有一块内存

2）JDK8 VS JDK7 Runtime Area

JDK7
JDK8

3）JDK7 VS JDK8一些问题

• JDK8移除了permgen，替换为 metaspace
• 永久代中的class meta转移到了 native memory
• 永久代的interned Strings 和 class native variables 转移到了 java heap

 

4） 为什么要把permgen 换成 metaspace

• 字符串在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出
• 类及方法信息等比较难确定大小，对永久代的大小指定比较难，太小容易出现永久代溢出，太大容易出现老年代溢出
• 永久代GC带来不必要的复杂度，回收效率低
• hotspot 与 jrockit 可能合并，jrockit没有永久代

 

1.10 虚拟机栈

每个方法执行时候都有一个栈帧。

Local Variable Table	存基本的8中基本类型 存对象引用 存返回地址类型 long double 占两个slot
Operand Stack	把局部变量表或者方法中的常量压入到 OS栈中，方便后面执行，入栈 计算完后返回给LVT 或者 方法
dynamic linking	运行时候有常量池，存储方法的符号引用 dynamic linking 把符号引用转换为直接引用
return address	存放调用该方法的PC寄存机的值（正常返回）

 

1.16 本地方法栈

为虚拟机使用的本地方法服务。

• native 调用非java语言服务。
• 线程私有

 

1.17 堆

JVM里面最大一块区域，堆里面基本存放所有对象（有些对象可以存放在方法区）

• 最大一块区域
• 线程共享 （Thread Local Allocation Buffer 是私有的）
• 虚拟机启动时候创建
• 存放对象实例
• 垃圾回收的主要区域
• 现在的垃圾回收算法基本为分代回收算法
• java堆在物理存储是不连续的，逻辑是连续的
• 方法结束后对象不会立马失效，等GC来回收

1）设置大小

• 内存大小 -Xmx 内存最大值，  -Xms 内存最小值 

 

2) 堆的分类

JDK7		年轻代 （Eden，S0，S1） 老年代 永久代
JDK8		年轻代 老年代 （没有永久代，换成了metaspace）

 

1）年轻代与老年代

 

• 年轻代大小一般是1，老年代大小一般是2
• Eden ，survivor0，survior1 默认为 8:1:1

 

-XX:NewRatio Old = 2,  Old : New。

-XX:SurvivorRation = 8  Eden  : Young.

-xmn young

 

1.21 对象分配过程

• new 在Eden创建
• Eden 满了会GC。MinorGC （整个young 都能清理）
• 触发GC Eden剩余放入S0 年龄+1， 如果S0满了，放入S1，年龄+1
• 触发GC S0没回收的放入S1，垃圾的年龄+1
• 触发GC S1 再放入S0， 当年龄达到15，放入old.  --XX:MaxTenuringThreshold = N
• 老年代内存不足，GC: Major GC. OutOfMemory, 当老年代也没法保存

 

1.22 GC

minor GC	新生代	指的是Eden满了，Survior 满了不会 GC Minor GC会引发STW。短暂暂停用户的线程，等待Minor GC结束
Major GC	老年代	会先尝试触发Minor GC，如果还不足再Major GC 如果还不足 OOM Major GC速度慢10倍以上
Mixed GC	混合
Full GC	全部回收	调用System.gc(), 系统不会立马执行 Full GC 老年代不足，会Full GC （老年代不足会同时触发Major 和 Full GC） 方法区空间不足也会

 

1.24 元空间

• 类的元信息放入metaspace，静态变量和常量放入堆中。以前（元信息，静态变量、常量放入方法区）
• 元数据现在在本地空间则可以设置比较大。
• 也不能无限大
• --MetaspaceSize 初始空间大小

永久代 （元信息，静态变量，常量）内容太大，不好分配内存，GC会增加复杂度。

 

1.24 方法区

• 线程共享，存运行时候常量池，类信息
• 元空间和永久代是方法去的落地实现
• .class 放入方法区 引用放入栈，new 对象放入堆

 

1.25 常量池

是class文件中。引用对应了相关信息

 

1.26 直接内存

操作本地内存. 

 

1.38 初始化

类的初始化是类加载的最后一个步骤。用cinit类构造方法，javac自动生成。初始化静态变量，静态代码块赋值。父类的cinit先执行

// Press Shift twice to open the Search Everywhere dialog and type `show whitespaces`,
// then press Enter. You can now see whitespace characters in your code.
public class Main {
    static {
        i = 1;
        // System.out.println(i); 报错
    }
    
    static int i = 2;
}

• 先prepare i = 0 赋值
• 再 i = 1；
• System.out.println(i) 报错。
• 最后再 i = 2; 

接口中不执行cinit方法。 

cinit 优于 init

 

1.39 类加载器

1）Bootstrap 加载资源，2）自己定义 加载路径，自定义等，例如不同的类加载到不同的应用需要写自定义类加载器。

 

1.48 垃圾回收

1) 垃圾回收算法

引用计数法 （判断对象生死） reference counting	被引用的时候计数器+1，引用失效时候计数器-1	优： 实现简单，执行效率高 缺： 无法检测循环引用 object1.obj = object.2 object2.obj = object.1   object1 = null; object2 = null;
可达性算法 （判断对象生死） recheability analysis	从GC Root开始，看引用链。如果对象不再被引用，则为垃圾。 可作为GC Root的是， 栈帧中局部变量表reference引用所引用的对象 static 静态引用对象 final 常量引用的对象 本地栈中JNI （Native）方法引用的对象 Java虚拟机内部的引用，如基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象（NullPointException） 所有被同步锁持有的对象 反应虚拟机内部情况的JVMBean，注册的回调，本地代码缓存   真正宣告一个对象死亡，要经过两次标记，然后会被一个低优先级线程Finalizer执行。所以finalize不会立刻执行 没有跟GC root 链接，然后进行筛选，判断有没有必要执行finalize。如果该对象没有被finalize覆盖，或者finalize里面对象并没有建立连接，或者finalize已经执行过（finalize 只执行一次），则没必要回收，直接宣告死亡 否则判定为执行finalize，则把这个对象放入 F-queue中。然后收集器会对F-Queue的对象进行二次标记。只要与引用链再建立连接即可。
分代收集算法（严格来说是一种理论）	Minor 清理年轻代，Eden，S0，S1一起清理，频率高 Major 清理 Old。频率低 Full GC 全清理，（JDK 7 前永久代也会清理）
标记清除法 （回收算法，其他垃圾回收算法的基础） mark and sweep	两种 标记存活，回收没被标记的 标记死亡，回收被标记的 从GC ROOT开始查找引用链，没有被引用的标记一下。 缺： 执行效率不稳定，要对大量对象进行标记，则效率比较低 清除后空间不连续.. are seperated by small areas
标记复制法 （回收算法） mark and copy	过程： 把存活对象整体复制到保留区域 把剩余区域初始化，初始化过程比较快 98% 的垃圾在 Eden被销毁，然后把Eden存活的和S0 或者S1 存活的放入 S1 或者S0，因为存活对象少，因此需要的保留区域小，所以在Young Generation中可以使用标记复制法。   缺： 需要预留区域（浪费例如 S0，S1 默认设定的10%空间），可用内存会变少。因此GC频率会高 如果存活对象比较多，复制的比较多。效率低 老年代99%对象都是存活的，无法用这个算法
标记整理算法 （垃圾回收算法） mark-compact algorithm	一开始和标记清除一样，只不过会把存活对象按照顺序依次移动成连续空间。   缺点： 移动对象复杂度高，停顿时间长。   优： 从程序吞吐量来看，移动对象更划算，

 

 

1.52 对象的引用

强引用	A a = new A();	不会靠回收来解决内存不足的问题。指的是会抛出OutOfMemory
软引用	String str = new String("abc"); // 强引用 SoftReference<String> softRef = new SoftReference<String>(str); 当需要构造一些占用内存比较大的对象使用	内存不足时候会回收，内存足时候不会回收
弱引用	String str = new String("abc"); //强引用 WeakReference<String> weakRef = new WeakReference<String>(str); // 弱引用。当需要构造一些占用内存比较大的对象使用	下一次GC时候会被回收，不管内存是否足够
虚引用	PhantomReference	一定要与ReferenceQueue联合使用，肯定会被加入到队列中，用来跟踪对象被垃圾回收的过程，不决定对象的生死，只有当对象被回收的时候，如果发现该对象还有虚引用，会被加入到ReferenceQueue中

 

1.57 垃圾回收器

 

重点是 CMS，G1.

Serial GC	-XX: +UseSerialGC 年轻代、老年代都会是 Serial	会有Stop the world，暂停用户线程 当用户线程在safepoint点，会采用标记复制法清除young 当在safepoint时候，会采用标记整理清除old
Parallel GC	-XX: +ParNew	回收年轻代是多线程的Serial 版本，其他一样 看CPU是否多核，来选择   服务器用的多，大数据平台等, JDK 8 默认用 Parallel Young， Parallel Old。 JDK 9 默认G1 比较主流 JDK 14 移除了 CMS，弃用 Para young Para Old
Parallel Scavenge	-XX:	回收年轻代，多线程，复制算法，以吞吐量优先 自适应调节策略，动态改变 Eden，S0，S1 比例 适合后台运算，交互不多的任务，例如订单处理、科学计算
CMS GC	JDP 14废除	停顿时间短，在交互多的应用上用效果比较好 初始标记 （stop the world） 并发标记 不暂停用户线程，跟用户线程并发执行， 此时有可能用户线程修改了引用状态 重新标记 stop the world 修复上述步骤 并发清除 和用户线程并发清除垃圾 并发清除有空间碎片问题。 三色标记 白 没被访问过 黑 本对象已经被访问过，并且引用到的其他对象也全被访问过 灰 本对象已经访问过，本对象引用的其他对象尚未全部访问完 白-> 灰 -> 黑   缺点： 对CPU资源敏感，有些资源分给了垃圾回收 CMS无法处理浮动垃圾 （无法处理的垃圾，留到下一次FULL GC） 基于标记清除，有空间碎步
G1 GC	-XX:+UseG1GC	多核CPU，大容量内存服务器 用G1，比较主流 把内存划分为多个区域，不是各种代的话，而是整体堆空间划分 区域保留了新生代，老年代，物理不联系，逻辑连续 充分利用多CPU， 整体用标记整理法，不会有碎片产生，部分用复制算法，超过region大小的1.5倍放入H区 停顿可预测，回收垃圾时间不超过设置时间 优先回收高价值垃圾（哪块区域的垃圾多）

 

吞吐量：用户时间  / （用户时间 + 垃圾回收时间）

 

1.60 Parallel Scavenge 收集器

Parallel