JVM探究

这篇JVM笔记是看视频整理出来的，所以并不是特别详细透彻。想更深入了解的话推荐学习《深入理解Java虚拟机这本书》

1、 常见的jvm面试题

• 请你谈谈你对 JVM 的理解？java8 虚拟机和之前的变化更新？
• 什么是OOM，什么是栈溢出StackOverFlowError？怎么分析？
• JVM的常用调优参数有哪些？
• 内存快照如何抓取？怎么分析Dump文件？
• 谈谈 JVM 中，类加载器你的认识。

2、 知识点

1. JVM的位置 ：操作系统之上

2. JVM体系结构

自己画的 jvm 简图：

详细的 jvm 内存图：

1. 类加载器

类加载过程简图：

类加载器有四类：等级依次递减

• 虚拟机自带的加载器
• 启动类(根)加载器
• 扩展类加载器
• 应用程序加载器

1. 双亲委派机制 当某个类加载器需要加载某个.class文件时，它首先把这个任务委托给他的上级类加载器，递归这个操作，如果上级的类加载器没有加载，自己才会去加载这个类。

   作用：

   1. 防止重复加载同一个.class。通过委托去向上面问一问，加载过了，就不用再加载一遍。保证数据安全。
   2. 保证核心.class不能被篡改。通过委托方式，不会去篡改核心.clas，即使篡改也不会去加载，即使加载也不会是同一个.class对象了。不同的加载器加载同一个.class也不是同一个Class对象。这样保证了Class执行安全。

2. 沙箱安全机制

3. Native 凡是带了 native 关键字的，索命 java 的作用范围达不到了，会去调用底层C语言的库，大致流程为：
   • 执行到声明为 native 的方法时会进入 本地方法栈
   • 调用本地方法接口,即 JNI (java native interface)
   • 在最终执行的时候，通过 JNI 加载本地方法库中的方法

4. 程序寄存器：Program Counter Register 每个线程都有一个pc，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），让执行引擎读取下一条指令。 是一个非常小的空间，几乎可以忽略不计

5. 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、常量、类信息（构造方法，接口定义）、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

6. 栈： 主管程序的运行，生命周期和线程同步，即线程结束，对应的栈内存释放。对于栈来说，不存在垃圾回收问题 栈中存放8大基本类型 + 对象的引用 + 实例的方法

7. 三种JVM：了解即可
   • Sun公司：HotSpot
   • BEA ： JRockit
   • IBM：J9vm

8. 堆：Heap 一个JVM只有一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的 类加载器读取了类文件后，会将我们所有引用类型的真实对象放入堆中。 堆还要细分为三个区：新生区、老年区、永久区。GC垃圾回收，主要在新生区和老年区 在JDK8以后，永久区改了个名字：元空间

9. 新生区：对象诞生，成长的地方，也有可能是死亡的地方；研究表明：99%的对象都是临时对象。 新生区还可以分为三个区域：
   • 伊甸园区：所有对象都是在伊甸园区 new 出来的
   • 幸存区者(0,1)，经历过轻GC在伊甸园区活下来的对象将进入幸存者区

10. 老年区：在幸存者区经历过重GC活下来的将进入老年区

11. 永久区：这个区域常驻内存。用来存放JDK自身携带的Class对象、Interface元数据。即存放的是java运行时的一些环境或类信息。这个区域不存在GC！关闭JVM就会释放这个区域的内存，该区域经历过几次变迁：
    • JDK1.7以前：称为永久代，常量池在方法区
    • JDK1.7：永久代，但是慢慢退化了，即去永久代，常量池在堆中
    • JDK1.7之后：无永久代，改为元空间，并将常量池放入元空间中。
12. 堆内存调优：默认情况下，分配的总内存是电脑内存的1/4，而初始化内存是分配总内存的1/16。 常用调优命令： -Xms256m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails ，改变分配总内存和初始化总内存的大小，并输出GC信息。 若碰见 OOM (OutOfMemoryError)，解决思路为：
    • 尝试扩大堆内存
    • 分析内存，看一下是哪个地方出现了问题（专业工具：eclipse自带MAT，还有很好用的 Jprofiler）

MAT，Jprofiler 作用：

• 分析 Dump 文件，快速定位内存泄漏 （-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError）
• 获得堆中的数据
• 获得大的对象
• ….

1. GC （常用算法）
2. JMM：java内存模型JMM理解整理

3、 GC

JVM 在进行GC时，并不是对这三个区域（新生代，辛存区(from区，to区)，老年区）统一回收，大部分时候，回收的都是新生代。

GC有两类：轻GC和重GC

GC常用算法： 标记清除法，标记压缩法，复制算法，引用计数法

3.1、 引用计数法（主流编程语言GC中，python使用的是此方法）

知乎:垃圾回收机制中，引用计数法是如何维护所有对象引用的？

3.2、 复制算法（新生区常用算法）

• （复制过程）每次GC，都会将Eden区活的对象移到幸存区中：一旦Eden区被GC后，就是空的
• 幸存区中的to区和from区不是固定的：哪个区为空，那这个就为to区
• 当一个对象经历了15次GC（JVM默认值，可以修改）还没有死亡，那么对象进入老年区

好处： 没有内存碎片 坏处：浪费了一半的内存空间（to区永远是空的） 所以复制算法最佳使用场景为：对象存活度较低的时候，即新生区

3.3、标记清除算法

• 优点：不需要额外的空间
• 缺点：两次扫描（第一次标记，第二次清除），严重浪费时间，会产生内部碎片

3.4、标记清除压缩算法

• 即在标记清除算法的基础上，多了一次压缩操作，将存活下来的对象都放在一起，消除了内部碎片。

3.5、 总结

• 内存效率（时间复杂度）：复制算法 > 标记清除算法 > 标记压缩算法
• 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

没有最优的算法，只有最合适的算法 –> GC:分代收集算法 即： 年轻代：存活率低 -> 复制算法 老年代：存活率高 -> 标记清除算法 + 标记压缩算法 混合实现