Nothing lose,nothing gain.

JVM系统整理

1、JVM的位置

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2、JVM体系结构

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本地方法接口:JNI(Java Native Interface)

3、类加载器

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类是模板,对象是具体的

  • 1、虚拟机自带的加载器
  • 2、启动类(根)加载器 — bootstrap
  • 3、扩展类加载器 — ext
  • 4、应用程序加载器 — app

注:从4 –> 1 进行加载

4-1、双亲委派模型

解释:双亲委派机制(安全):APP –> EXT –> BOOT【最终执行】

  1. 类加载器收到类加载的请求
  2. 将这个请求向上委托为父类加载器去完成,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的这个类,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. 重复步骤 3

但是BOOT根加载器输出是null,这是java调用不到~ C,C++
Java = C++ – – :去掉繁琐的东西(指针、内存管理等)

package com.draco.parents;

/**
 * 双亲委派机制
 */
public class Car {
    public static void main(String[] args) {
        Class<? extends Car> aClass1 = car1.getClass();

        ClassLoader classLoader = aClass1.getClassLoader();

        System.out.println(classLoader);  //AppClassLoader

        System.out.println(classLoader.getParent());  //ExtClassLoader  所在位置:\jre\lib\ext

        System.out.println(classLoader.getParent().getParent());  //null 1.不存在  2.java程序获取不到  所在位置:rt.jar

    }
}

运行结果:
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4-2、面试问题

  • 为什么需要双亲委派机制?(优点)

    1、双亲委派机制使得类加载出现层级,父类加载器加载过的类,子类加载器不会重复加载,可以防止类重复加载

    2、使得类的加载出现优先级,防止了核心API被篡改,提升了安全,所以越基础的类就会越上层进行加载,反而一般自己的写的类,就会在应用程序加载器(Application)直接加载。

  • 如何打破双亲委派?

    1、自定义类加载器,重写loadClass方法

    2、使用线程上下文类加载器

5、沙箱安全机制

1. 什么是沙箱:

沙箱是一个限制程序运行的环境。沙箱机制就是将 Java 代码限定在虚拟机(JVM)特定的运行范围中,并且严格限制代码对本地系统资源访问,通过这样的措施来保证对代码的有效隔离,防止对本地系统造成破坏。沙箱主要限制系统资源访问,那系统资源包括什么?——==CPU、内存、文件系统、网络==。不同级别的沙箱对这些资源访问的限制也可以不一样。

​ 所有的Java程序运行都可以指定沙箱,可以定制安全策略。

2. 组成沙箱的基本组件:

  • 字节码校验器(bytecode verifier):确保Java类文件遵循Java语言规范。这样可以帮助Java程序实现内存保护。但并不是所有的类文件都会经过字节码校验,比如核心类。
  • 类装载器(class loader):其中类装载器在3个方面对Java沙箱起作用
    它防止恶意代码去干涉善意的代码;
    它守护了被信任的类库边界;
    它将代码归入保护域,确定了代码可以进行哪些操作。

虚拟机为不同的类加载器载入的类提供不同的命名空间,命名空间由一系列唯一的名称组成,每一个被装载的类将有一个名字,这个命名空间是由Java虚拟机为每一个类装载器维护的,它们互相之间甚至不可见。

类装载器采用的机制是==双亲委派模式==。

  1. 从最内层JVM自带类加载器开始加载,外层恶意同名类得不到加载从而无法使用;
  2. 由于严格通过包来区分了访问域,外层恶意的类通过内置代码也无法获得权限访问到内层类,破坏代码就自然无法生效。

    • 存取控制器(access controller):存取控制器可以控制核心API对操作系统的存取权限,而这个控制的策略设定,可以由用户指定。
    • 安全控制器(security manager):是核心API和操作系统之间的主要接口。实现权限控制,比存取控制器优先级高。
    • 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

5、Native

Java在内存区域中专门开辟了一块标记区域——本地方法栈,用来登记native方法,凡是带了native关键字的,会进入到本地方法栈中,调用本地方法接口(JNI),在最终执行的时候,加载本地方法库中的方法通过JNI

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  • JNI的作用:扩展Java的使用,融合不同的编程语言为Java所用,不过最初是想融合C,C++的,因为Java诞生的时候,C,C++横行,想要立足的话就要有能调用C的程序
  • 本地方法栈:具体做法是,在Native Method Stack中登记native方法,在执行引擎执行的时候加载Native Libraies【本地库】

6、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(用来存储指向像一条指令的地址, 也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

7、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、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。简单的来说就是:==static、final、Class、常量池==

8、栈

栈:先进后出,后进先出
队列:先进先出(FIFO:first input first output)

栈:栈内存,主管程序的运行,生命周期和线程同步;

线程结束,栈内存也就释放了,对于栈来说==不存在垃圾回收问题==,一旦线程结束,栈就Over了

1. 栈里面存什么

栈:8大基本类型 + 对象的引用 + 实例的方法

2.栈运行原理

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3. 栈堆方法区的交互关系
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9、三种JVM

  • Sun公司 ==HotSpot Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.121-b13, mixed mode)==
  • BEA ==JRockit==
  • IBM ==J9VM==

10、堆

Heap,一个JVM只有一个堆内存,堆内存的大小是可以调节的。

1. 堆里面存什么

类加载器读取了类文件后,一般会把什么东西放在堆中? 类,方法,常量,变量,保存我们所有引用类型的真实对象

堆内存中还要细分为三个区域:

  • 新生区 Eden survivor to / survivor from
  • 老年区 old
  • 永久代 prem / 元空间 metaspace

==GC垃圾回收,主要在伊甸园区和老年区==
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假设内存满了,OOM,堆内存不够 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

2、新生区

  • 新生区:类诞生和成长的地方,甚至死亡;
    • 伊甸园区,所有对象都是在伊甸园区new出来的
    • suvivor to / from
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3、老年区

新生区没干掉,没杀死的来到了养老区~

4、永久代 / 元空间

这个区域是常驻内存的。用来存放JDK自身携带的Class对象,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!当关闭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;Tomcat部署了太多的应用;大量动态生成的反射类等 不断的被加载,直到内存满,就会出现OOM。

jdk1.6 之前:永久代,常量池是在方法区中;
jdk1.7 :永久代,但是慢慢退化了,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

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元空间:逻辑上存在,物理上不存在

package com.draco.heapOverflow;

/**
 * 元空间逻辑上存在,物理上不存在
 */
public class SanQu {
    public static void main(String[] args) {
        // 返回jvm试图使用的最大内存
        long max = Runtime.getRuntime().maxMemory();
        // 返回jvm的初始化内存
        long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();

        System.out.println("max="+max+"字节\t"+(max/(1024*1024))+"MB");
        System.out.println("total="+total+"字节\t"+(total/(1024*1024))+"MB");

        //默认情况下,试图分配的最大内存是电脑内存的1/4,而初始化的内存是1/64
        // -Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails
    }
}

运行结果:

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当修改了VM选项后:-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails,输出结果:

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让我们来算一笔账,

新生区:305664k;养老区:699392k

加在一起:1,005,056k,除以1024后 = 981.5MB,等于jvm试图分配的最大内存,所以说元空间逻辑上存在,物理上不存在。

5、出现OOM

  1. 尝试扩大堆内存去查看内存结果

    -Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails

  2. 若不行,分析内存,看一下是哪个地方出现了问题(专业工具)

    • 能够看到代码第几行出错:内存快照分析工具,MAT(eclipse),Jprofiler

    • Dubug,一行行分析代码!(不现实)

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

运行出现堆溢出:

package com.draco.heapOverflow;

import java.util.ArrayList;

public class JprofilerTest {
    byte[] array = new byte[1*1024*1024];

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<JprofilerTest> list = new ArrayList<>();
        int count = 0;
        try {
            while(true){
                list.add(new JprofilerTest());
                count++;
            }
        }catch (Exception e){
            System.out.println("count="+count);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

设置VM options -Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError后,再次运行,控制台输出:
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找到HPROF快照
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双击打开
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修改代码,把try catch中的Exception改成Error后运行:
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6、VM options参数

-Xms 设置初始化内存分配大小,默认1/64

-Xmx 设置最大分配内存,默认1/4

-XX:+PrintGCDetails 打印GC垃圾回收信息

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 生成oomDump文件

-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails

11、GC垃圾回收

1、GC作用域
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JVM在进行GC时,并不是对这三个区域统一回收,大部分时候,回收都是新生代

  • 新生代
  • 幸存区(form to)【会交换的,不是一成不变的】
  • 老年区

GC两种类型:轻GC(普通的GC),重GC(全局GC)

2、GC相关题目

  • JVM的内存模型和分区~详细到每个区放什么?
  • 堆里面的分区有哪些?Eden,from,to,old,说说他们的特点~
  • GC的算法有哪些?标记清除法,标记整理/压缩法,复制算法,引用计数法,怎么用的?
  • 轻GC和重GC分别在什么时候发生?

3、GC算法

  • 引用计数法
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  • 复制算法
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一般新生代(伊甸园区、幸存区)会使用复制算法,生成新的to区

好处:

  • 没有内存碎片

坏处:

  • 浪费了内存空间

==复制算法最佳使用场景:对象存活度较低的时候,也就是新生区==


  • 标记清除

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优点:

  • 不用浪费额外的空间

缺点:

  • 不连续的空间会产生内存碎片
  • 两次扫描,浪费时间

  • 标记压缩

对于标记清除的再压缩

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但是又多了一个移动成本


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

思考:难道没有最优算法吗?

答案:没有,没有最好的算法,只有最合适的——>GC:分代收集算法

年轻代:

  • 存活率低 –> 复制算法

老年代:

  • 区域大,存活率高 –> 标记清除 + 标记压缩混合实现

JMM

  1. 什么是JMM?

    JMM:Java Memory Model的缩写

  2. 作用:

    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,线程之间的共享内存存储在主内存(Main Memory)中,每个线程都有一个私有的本地内存(Local Memory)

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解决共享对象可见性这个问题:voliate

  1. 它该如何学习?

    JMM:抽象的概念,理论

    voliate等等

最后:==拥抱开源时代,享受技术给我们带来的新体验==

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