JVM

深入理解JVM

  1. 第二章——JVM內存模型
  2. 第三章——GC算法和收集器
  3. 第四章——調優(yōu)工具
  4. 第七章——類加載

1. JVM內存模型：堆、棧、程序計數(shù)器、方法區(qū)

  1. 堆：是jvm中最大的一塊內存空間，堆主要存放用new創(chuàng)建的對象，gc回收主要回收的就是堆中的對象空間。堆又可以分為年輕代和老年代
    1. 年輕代用于存放新生對象和短期存活的對象。年輕代又可以分為eden區(qū)、FromSurvivor區(qū)和ToSurvivor區(qū)。對象優(yōu)先分配到eden區(qū)，當eden區(qū)空間滿了之后，會執(zhí)行MirrorGc(復制算法)，回收年輕代的空間。如果對象經(jīng)過多次gc依舊存活(默認15次)，會移動到老年代
    2. 老年代主要存放長期存活對象和大對象。如果是大對象，直接分配到老年代。當老年代空間滿了之后，會執(zhí)行FullGc，回收堆空間，如果FullGc之后空間依舊不足，拋出OOM
  2. 棧：分為java虛擬機棧和本地方法棧。
    1. java虛擬機棧執(zhí)行java方法，創(chuàng)建棧幀，存放著局部變量表，局部變量表上存放著基本數(shù)據(jù)類型和引用數(shù)據(jù)類型的引用指針。java虛擬機棧用于執(zhí)行線程。可能導致OOM。
    2. 本地方法棧執(zhí)行System方法
    3. java虛擬機?？赡艹霈F(xiàn)棧溢出，因為每次遞歸產生的信息都會存放在java虛擬機棧
  3. 程序計數(shù)器：每個線程都有一個程序計數(shù)器，是當前線程在所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。單線程下可有可無，多線程中CPU通過時間片輪轉調度方式來調用線程，發(fā)生中斷時，當前線程在字節(jié)碼執(zhí)行的位置會被保存，當線程再次獲得時間片時，從保存的位置繼續(xù)執(zhí)行，實現(xiàn)快速恢復狀態(tài)。如果是java方法，記錄字節(jié)碼文件的行號，如果是本地方法，值為0
  4. 方法區(qū)：用于存放類信息，常量、靜態(tài)變量和編譯后的代碼，1.8之前用永久代實現(xiàn)，容易發(fā)生OOM。1.8之后被元空間替代，元空間是本地內存?？梢酝ㄟ^-XX:MetaSpaceSize設置元空間大小。
    1. 方法區(qū)也會參與GC回收，但條件苛刻，會進行常量池回收和類卸載
      1. 當堆中不存在該類的實例
      2. 加載該類的類加載器被回收
      3. class對象以及被回收
  5. 運行時常量池：屬于方法區(qū)

2. 哪些是線程共享的，哪些是線程私有的

  1. 線程共享：堆、方法。因為存放著對象和常量、靜態(tài)變量。
  2. 線程私有：棧、程序計數(shù)器。

3. 哪些區(qū)域可能發(fā)生OOM：堆、棧、方法區(qū)

  1. 堆：
    1. 老年代存在大對象，導致無法繼續(xù)存入對象。可以通過jmap查看進程的堆內存使用情況。如果是存在大對象，因為對象必須要存活著，所以可以通過-Xmx和-Xms調整堆內存大小
    2. 存在未被回收的引用，發(fā)生內存泄漏。可以通過可達性分析查找泄漏對象，通過Gcroots查找
  2. 棧
    1. 大量創(chuàng)建線程，導致java虛擬機棧內存不足?？梢酝ㄟ^-Xss調整棧大小。
    2. 如果棧遞歸深度過深，會發(fā)生棧溢出
  3. 方法區(qū)
    1. 運行時常量池存放大量的String
    2. 運行時創(chuàng)建大量的類，存放大量類信息到方法區(qū)
    3. 1.8之前，永久代和方法區(qū)綁定，可以通過調整永久代的大小解決：-XX:MaxPermSize
    4. 1.8之后，方法區(qū)被元空間替代，通過調用元空間大小解決：-XX:MetaSpaceSize

4. 各種變量在JVM的位置：局部變量、全局變量、靜態(tài)變量

  1. 局部變量：基本數(shù)據(jù)類型變量和值都在棧。引用數(shù)據(jù)類型的變量在棧，值在堆
  2. 全局變量：變量和值都在堆中
  3. 靜態(tài)變量、常量：方法區(qū)

5. 類加載過程：加載、連接、初始化

  1. 加載：將字節(jié)碼文件加載到jvm，將類的靜態(tài)變量、靜態(tài)方法、常量和編譯后的代碼存入方法區(qū)，生成一個class對象
  2. 連接
    1. 驗證：檢查字節(jié)碼文件符合Java虛擬機規(guī)范，確保加載后不會發(fā)生錯誤
    2. 準備：在方法區(qū)中為靜態(tài)變量分配內存空間并設初值為0
    3. 解析：將常量的符號引用轉化未直接引用。"a"會被替換為內存地址
  3. 初始化：為靜態(tài)變量賦值

6. 類加載器：

  1. BootstrapClassLoader：啟動類加載器。加載jre中的rt.jar
  2. ExtensionClassLoader：拓展類加載器。加載lib中的ext文件
  3. ApplicationClassLoader：應用類加載器。加載環(huán)境變量classpath和java.class.path的類

7. 雙親委派機制，如何破壞，全盤委托

  1. 流程：當某個類加載器接到加載任務時，先檢查該類是否被加載，如果已經(jīng)被加載，返回class對象，否則將加載任務交給父類加載器進行加載。當父類加載器無法加載類時，才會由子類加載器進行加載
  2. 優(yōu)點：避免類重復加載
  3. 破壞雙親委派：重寫ClassLoader類的loadClass()方法
  4. 不想破壞雙親委派：重寫ClassLoader類的findClass()方法
  5. 全盤委托：當ClassLoaderA加載一個類時，如果沒有指定使用ClassLoaderB加載類的相關依賴類，那么這個類的相關依賴類也會由ClassLoaderA進行加載

8. Java引用類型，GC標記方法

  1. 強引用：不會被GC回收，new創(chuàng)建的對象是強引用

  2. 弱引用：一定會被GC

  3. 虛引用：隨時會被GC

  4. 軟引用：內存不足時會被GC

  5. 引用計數(shù)法：每個對象都有一個引用計數(shù)器，有引用計數(shù)+1，釋放引用計數(shù)-1。0表示可以回收。

    1. 存在循環(huán)引用問題：如果兩個對象相互引用，那么它們的計數(shù)都不為0，無法被回收
    2. 優(yōu)點：實時計算，幾乎沒有延遲
    3. 缺點：實時計算，開銷大，吞吐量下降

  6. 可達性分析：從Gcroots開始往下搜索，當一個對象到gcroots中沒有任何一條引用鏈與之相連，表明該引用可以被回收。

    1. GCroot引用鏈類似樹結構，GcRoot會與需要存活的對象相連，而可以被回收的對象則不會相連
    2. 對象會經(jīng)歷兩次標記才能被確定為可回收。第二次標記通過finalize()方法判斷

  7. Gcroots：java虛擬機棧的(棧幀的局部變量表)引用對象，本地方法棧的引用，方法區(qū)的靜態(tài)變量引用，方法區(qū)的常量引用

9. GC算法

  1. 標記清除算法
    1. 過程：先對需要存活的對象進行標記，標記完成之后清除沒有被標記的對象
    2. 問題：如果堆中存在大量對象，標記和清除效率低，清除過程會產生空間碎片
  2. 標記復制算法
    1. 過程：先將內存分成大小相等的兩塊，先使用其中一塊，當這一塊空間滿了之后，先堆需要存活的對象進行標記，然后清除沒有被標記的對象，將存活的對象移到另一快
    2. 問題：運行高效，空間浪費
  3. 標記整理算法
    1. 過程：先對需要存活的對象進行標記，標記完成后將標記的對象移到一邊，然后清除邊界以外的空間
    2. 優(yōu)點：不會產生空間碎片
    3. 缺點：用于老年代，需要標記的對象多且移動開銷大，效率低
  4. 分代收集算法：目前hot spot虛擬機使用分代收集算法管理堆空間。分為老年代和新生代。
    1. 新生代：朝生夕死，存活率低，使用復制算法
    2. 老年代：長期存活與大對象，存活率高，使用標記整理算法

10. 為什么復制算法比標記整理要快，為什么老年代不用復制算法

  1. 因為復制算法是用于年輕代，年輕代對象大多存活時間都比較短且都比較小，所以標記的對象少而且占用空間小，因此復制算法可以將內存分成兩塊也不用擔心放不下。且移動對象的開銷也小。因此復制算法的運行速度快
  2. 因為老年代的對象大多都是長期存活且大對象，如果使用復制算法，內存開銷大，再者就算標記的過程也會慢，因為老年代的對象大多都是要存活的，并且老年代存在大對象，復制移動的開銷也大。

11. GC收集器

  1. CMS：并發(fā)標記清除
    1. 過程：初始標記、并發(fā)標記、重新標記、并發(fā)清除
    2. 初始標記和重新標記會發(fā)生STW，但因為是并發(fā)，停頓短
    3. 優(yōu)點：并發(fā)標記清除，效率高，停頓短
    4. 缺點：
      1. 和用戶線程并發(fā)執(zhí)行，會占用一部分線程，程序變慢
      2. 基于標記清楚算法，會產生空間碎片
    5. 使用：-XX:UseConcMarkSweep=true
  2. G1：并行并發(fā)不分代，將堆內存劃分為大小相等的Region區(qū)域，進行回收，基于標記整理
    1. 過程：初始標記(簡單標記一下)、并發(fā)標記(可達性分析)、最終標記(STW)、篩選清除
    2. 初始標記和最終標記會發(fā)生STW，但因為是并行并發(fā)，停頓短
    3. 優(yōu)點：并行并發(fā)效率高，基于標記整理，不會產生空間碎片

12. 為什么會發(fā)生STW

  1. 在進行gc時，需要移動對象(比如復制算法移動對象)，進而會導致對象引用發(fā)生更新，為了保證引用更新的正確性，需要在進行gc時暫停其他所有線程。
  2. gc在進行回收垃圾時，其他線程要停止才能清除干凈，要是一邊清除以便產生垃圾，會影響gc的效率和gc的負擔。尤其是在進行標記時

13. 為什么要進行分代GC

  1. 堆對中存活時間不同的對象采用不同的gc策略，管理起來更高效
  2. 對于年輕代，對象大多存活時間比較短且對象小，一般采用復制算法，存活對象少且空間小，使用較小的內存開銷和移動開銷就能進行管理
  3. 對于老年代，對象存活時間長且對象大，不適合采用復制算法。采用標記整理算法。

14. JVM參數(shù)

  1. -Xms：堆大小，1/64
  2. -Xmx：最大堆大小，1/4
  3. -XX:NewRatio：年輕代和老年代比值：1：2
  4. -XX:SurvivorRatio：eden區(qū)、FS區(qū)、TS區(qū)比值：8：1：1
  5. -Xss：線程大小
  6. -XX:MetaSpaceSize：元空間大小
  7. -XX:MaxTeruningThreashold:年輕代對象最大存活次數(shù)，默認15次

15. JVM內存分配原則和空間擔保機制

  1. 內存分配原則
    1. 對象優(yōu)先分配到年輕代的eden區(qū)
    2. 大對象直接進入老年代
    3. 年輕代中長期存活對象進入老年代
  2. 空間擔保機制：在年輕代進行MirrorGc之前，先檢查老年代的內存是否足夠存放年輕代的所有對象，如果不夠，老年代進行FullGc

16. FullGc觸發(fā)

  1. System.gc
  2. 老年代空間不足
  3. 空間擔保機制

17. 如果頻繁觸發(fā)FullGc要怎么辦

  1. 通過jmap下載dump文件(前提要開啟headDumpBeforeFullGc)，通過visualVM導入dump文件進行分析
jmap -dump:format=b,file=xxx.dump [進程id]

18. System.gc一定會執(zhí)行嗎

  1. 不一定會執(zhí)行，jvm會記下這個請求，但是不一定不執(zhí)行，當System.runFinallization()返回true時，表明可以執(zhí)行System.gc()。
System.gc();
runtime.runFinalizationSync();
System.gc();

19. jvm故障處理工具：jps、jmap、jstack

  1. jps：查看虛擬機進程，列出當前正在運行的虛擬機進程
  2. jmap：用于生成堆轉存快照dump文件。還可以查看堆內存使用情況和堆所使用的gc收集器?？捎糜诮鉀Q堆的oom問題
jmap -histo [進程id]
  1. jstack：生成線程快照，可以定位死鎖問題。
jstack -l [進程id]
  1. jstat：統(tǒng)計信息監(jiān)視工具。顯示當前進程的堆內存使用情況、gc次數(shù)。
jstat -gcutil [進程id]
E代表eden區(qū)、S0、S1.
O代表老年代
P代表永久代
YGC代表年輕代MirrorGC
YGCT代表MirrorGc耗時
FGC代表FullGc
FGCT代表FullGc耗時
GCT代表總耗時
  1. jhat：用于查看jmap導出的dump文件，但是一般不用
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