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JVM探究

  • 对JVM的理解？Java8虚拟机和之前的变化
  • 什么是OOM，什么是栈溢出，怎么分析
  • JVM的常用调优参数
  • 内存快照如何抓取，怎么分析Dump文件
  • JVM中的类加载

ProcessOn思维导图工具

1.JVM的位置

  • 操作系统之上，与其他应用程序平行的地位

2.JVM的体系结构

详细图解网上找

class file ➡️ Class Loader SubSystem ↔️ Runtime Data Areas ↔️ Execution Engine
↕️ ↕️
Native Method Interface ↔️ Native Method Library
  • Class Loader SubSystem
  • Runtime Data Areas
    • Method Area
    • Heap Area
    • Stack Area
    • PC Register
    • Native Method Stack

3.类加载器

  • 类加载器（ClassLoader）是Java语言的一项创新，也是Java流行的一个重要原因。在类加载的第一阶段“加载”过程中，需要通过一个类的全限定名（包名＋类型名）来获取定义此类的二进制字节流，完成这个动作的代码块就是类加载器。这一动作是放在Java虚拟机外部去实现的，以便让应用程序自己决定如何获取所需的类。

  • 作用：加载Class文件

  • 虚拟机规范并没有指明二进制字节流要从一个Class文件获取，或者说根本没有指明从哪里获取、怎样获取。这种开放使得Java在很多领域得到充分运用，例如：

    • 从ZIP包中读取，这很常见，成为JAR，EAR，WAR格式的基础
    • 从网络中获取，最典型的应用就是Applet
    • 运行时计算生成，最典型的是动态代理技术，在java.lang.reflect.Proxy中，就是用了ProxyGenerator.generateProxyClass来为特定接口生成形式为“*$Proxy”的代理类的二进制字节流
    • 有其他文件生成，最典型的JSP应用，由JSP文件生成对应的Class类
      ……

  • 类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但是对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身共同确立其在Java虚拟机中的唯一性。

  • 类是模板，对象是具体的

  • 加载器分类

    从Java虚拟机的角度来说，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器使用C++语言实现（HotSpot虚拟机中），是虚拟机自身的一部分；另一种就是所有其他的类加载器，这些类加载器都由Java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全部继承自java.lang.ClassLoader。

    从开发者的角度，类加载器可以细分为：

    • 启动（Bootstrap）类加载器：负责将 Java_Home/lib下面的类库加载到内存中（比如rt.jar）。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节，开发者无法直接获取到启动类加载器的引用，所以不允许直接通过引用进行操作。(程序中获取不到->null)
    • 标准扩展（Extension）类加载器：是由 Sun 的 ExtClassLoader（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）实现的。它负责将Java_Home /lib/ext或者由系统变量 java.ext.dir指定位置中的类库加载到内存中。开发者可以直接使用标准扩展类加载器。
    • 应用程序（Application）类加载器：是由 Sun 的 AppClassLoader（sun.misc.Launcher$AppClassLoader）实现的。它负责将系统类路径（CLASSPATH）中指定的类库加载到内存中。开发者可以直接使用系统类加载器。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，因此一般称为系统（System）加载器。

4.双亲委派机制

  • 类加载器之间的层次关系被称为类加载器的双亲委派模型。该模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应该有自己的父类加载器，而这种父子关系一般通过组合（Composition）关系来实现，而不是通过继承（Inheritance）
    • 自顶向下依次是：启动类加载器 -- 扩展类加载器 -- 应用程类加载器 -- 自定义类加载器
  • 使用双亲委派模型的好处在于Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如类java.lang.Object，它存在在rt.jar中，无论哪一个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的Bootstrap ClassLoader进行加载，因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反，如果没有双亲委派模型而是由各个类加载器自行加载的话，如果用户编写了一个java.lang.Object的同名类并放在ClassPath中，那系统中将会出现多个不同的Object类，程序将混乱。因此，如果开发者尝试编写一个与rt.jar类库中重名的Java类，可以正常编译，但是永远无法被加载运行。
  • 模型工作流程
    1. 类加载器收到类加载的请求
    2. 将这个请求向上委托给父加载器去完成，一直向上委托，直到启动类加载器
    3. 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
    4. 重复上一流程
  • 系统实现：在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法中，先检查是否已经被加载过，若没有加载则调用父类加载器的loadClass()方法，若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。如果父加载失败，则抛出ClassNotFoundException异常后，再调用自己的findClass()方法进行加载。

5.沙箱安全机制

  • Java安全模型的核心就是Java沙箱，沙箱是一个限制程序运行的环境，将Java代码限定在虚拟机特定的运行范围中，限制对本地资源（cpu、内存、文件系统、网络）的访问，防止对本地系统的破坏。

  • jdk1.0 本地资源默认可信，远程代码依靠于沙箱限制权限

  • jdk1.1 增加安全策略，允许用户指定访问权限

  • jdk1.2 增加代码签名，由类加载器加载到不同的运行空间区分权限

  • jdk1.6到现在，引入了域domain的概念，虚拟机中不同的受保护域对应不一样的权限

  • 组成沙箱的组件

    • 字节码校验器bytecode verifier：确保Java类文件遵循Java语言规范-核心类不会经过字节码校验器
    • 类装载器class loader
      • 防止恶意代码干涉善意的代码
      • 守护被信任的类库边界
      • 将代码归入了保护域，确定了代码可以进行哪些操作
    • 存取控制器access controller：控制核心api对操作系统的存取权限，可以由用户指定
    • 安全管理器security manager：核心api和操作系统之间的主要接口
    • 安全软件包security package：java.security下的类和扩展包下的类，允许用户为自己的应用增加新的安全特性，包括 安全提供者、消息摘要、数字签名、加密、鉴别

6.Native

  • Java无法达到的范围，底层调用c语言的库
  • 会进入本地方法栈，调用本地方法接口JNI，从而可以扩展功能
  • 自定义native：类似Java中的native是给出了方法的声明，定义在c中实现，然后将c编译为dll可链接库放入Java相应的目录中即可调用
  • 调用其他接口除了native，还可以通过socket、webservice、http~

7.PC寄存器

每个线程都有一个程序计数器Program Counter Register，是线程私有的，就是一个指针，指向方法区的方法字节码，在执行引擎读取下一条指令

8.方法区

  • 共享区间，所有定义方法的信息都保存在这里
  • 静态变量、常量、类信息、运行时的常量池存在方法区中

9.栈

  • 主管程序的运行、生命周期和线程同步
  • 对于栈不存在垃圾回收问题
  • 线程结束、栈也结束
  • 一个方法：方法索引、输入输出参数、本地变量、class file引用、父帧、子帧

10.三种JVM

查看当前的版本java -version

  1. Sun HotSpot
  2. BEA JRockit
  3. IBM J9 VM

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后，会将引用类型的真实对象放在堆中

  • 垃圾回收：主要在伊甸园区和养老区~

    • 轻量级 - 清理伊甸园区
    • 重量级Full GC - 同时清理伊甸园区和幸存者区

  • 堆内存中细分为三个区域

    • 新生区（伊甸园区） young、new
      • 伊甸园EdenSpace
      • 幸存0区：经历垃圾回收未被回收
      • 幸存1区
    • 养老区 old
    • 永生区 perm -- jdk8后改为元空间 也称为非堆

  • 假设内存满了 -- OOM

12.新生区

  • 类诞生、成长的地方，甚至死亡
  • 分类
    • 伊甸园区 ↓
    • 幸存0区1区 0和1是动态交换的

13.老年区

13.永生区 -> 元空间 Perm

  • 常驻内存，存放一些自带的jdk对象，存储的一些运行时环境或类信息，这个区域不存在垃圾回收

  • 关闭虚拟机时释放该内存

  • 变化

    • jdk1.6之前：永久代，常量池是在方法区
    • jdk1.7：永久代，但是慢慢的退化了，去永久代，常量池在堆中
    • jdk1.8之后：无永久代，常量池在元空间 -- 包含方法区

  • 逻辑上存在、物理上不存在 -- 可能程序中输出发现并没有这部分空间的占用

14.堆内存调优

  • 默认情况下，分配的总内存是电脑内存的1/4，而初始化的内存为其1/64

  • 排错：内存快照分析工具、MAT(eclipse)、Jprofiler(idea)

    MAT Jprofiler作用:

    • 分析Dump内存文件,快速定位内存泄漏
    • 获得堆中的数据
    • 获得大的对象
    • ...

  • demo:

    -Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError # 发生内存溢出时生成dump文件

    • -Xms 设置初始内存分配大小

    • -Xmx 设置最大分配内存

    • -XX:+PrintGCDetails 打印回收信息

    • -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError oom DUMP

15.GC | 常用算法

GC大部分时候都是在回收新生代,而不是三个地方统一回收

  • 新生代区
  • 幸存区-from&to
  • 老年区

两种

  • 轻GC/普通GC
  • 重GC/全局GC

算法

  • 标记清除法
    • 扫描对象,对活着的对象进行标记;清除,对没有标记的对象进行清除
    • 缺点:两次扫描浪费时间,会产生内存碎片 优点:不需要额外的空间
  • 标记压缩/标记清除压缩算法
    • 对标记清除的优化
    • 标记清除 -> 压缩:防止内存碎片产生,再次扫描,向一端移动存活的对象
    • 缺点:比标记清除法多了压缩的时间成本
    • 优化:先标记清除若干次再进行压缩
  • 复制算法
    • 'from'与'to',空的为'to'
    • 当一个对象受到15(default 通过-XX:MaxTenuringThreshold=设置)次gc还存活,那么进入老年区
    • 好处:没有内存碎片 坏处:浪费内存空间,有一半幸存区总为空,极端情况下开销大
    • 使用场景:对象存活率低-新生区
  • 引用计数器
    • 为每一个对象分配一个计数器,使用就+1,如果没有使用(为0)就回收该对象
    • 计数器本身也有消耗,低效\过时

比较

  • 内存效率: 复制算法>标记清除>标记清除压缩>
  • 内存整齐度:复制算法=标记压缩>标记清除
  • 内存利用率:标记压缩算法=标记清除>复制算法

选取合适的算法:

  • 年轻代:存活率低 -- 使用复制算法
  • 老年代:存活率高区域大 -- 标记清除+标记清除压缩
  • ...

16.JMM-Java Memory Model

  • 作用:
    • 缓存一致性协议,定义数据读取的规则
    • 定义了线程工作内存(Local Memory)和主内存(Main Memory)之间的抽象关系,线程之间的共享内存存储在主内存,每个线程都有一个私有本地内存
    • 解决共享对象可见性 volatile
    • 八种操作指令(read/load/use/assign/store/write/lock/unlock),JMM定义了对这八种操作进行限制的规则

17.单点登录

  • 概念：多系统共存环境下，用户只需要登录一个系统，就可以得到所有系统的信任
  • SSO：SSO (Single Sign-On) 是一种身份认证的解决方案，允许用户只需要一次登录就能够访问多个独立的应用程序或系统。
  • 实现：OAuth2.0 、OpenID Connect
posted @ 2024-09-11 16:21  yuqiu2004  阅读(8)  评论(0)  编辑  收藏  举报