JVM探究

JM探究

面试热题：

请谈谈你对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
  

1、JVM的位置

2、JVM的体系结构

java文件到class文件的变化

百分之99的JVM调优都是在堆中调优，Java栈、本地方法栈、程序计数器是不会有垃圾存在的。

3、类加载器

作用：加载Class文件~

图 类在经过Class Loader之后的变化

 1.虚拟机自带的加载器

 2.启动类(根)加载器(BOOT)

 3.扩展类加载器(EXC)  

   4.应用程序加载器(APP)

 5.百度:双亲委派机制

4、双亲委派机制（重点）

 //双亲委派机制:安全  

// 1. APP–>EXC-->B0OT(最终执行)  

// B0OT  

// EXC  

// APP  三种加载器

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类加载器去完成，一 直向上委托，直到启动类加载器  

3.启动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.重复步骤3  

当一个Hello.class这样的文件要被加载时。不考虑我们自定义类加载器，首先会在AppClassLoader中检查是否加载过，如果有那就无需再加载了。如果没有，那么会拿到父加载器，然后调用父加载器的loadClass方法。父类中同理也会先检查自己是否已经加载过，如果没有再往上。注意这个类似递归的过程，直到到达Bootstrap classLoader之前，都是在检查是否加载过，并不会选择自己去加载。直到BootstrapClassLoader，已经没有父加载器了，这时候开始考虑自己是否能加载了，如果自己无法加载，会下沉到子加载器去加载，一直到最底层，如果没有任何加载器能加载，就会抛出ClassNotFoundException。

5、沙箱安全机制

ava安全模型的核心就是Java沙箱(sandbox) ,  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。  在Java中将执行程序分成本地代码和远程代码两种，本地代码默认视为可信任的，而远程代码则被看作是不受信的。对于授信的本地代码,可以访问一切本地资源。而对于非授信的远程代码在早期的Java实现中，安全依赖于沙箱Sandbox)机制。如下图所示JDK1.0安全模型

图 JDK1.6安全模型

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。

●类裝载器(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。

●安全管理器(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

6、Native

//native: 凡是带了native 关键字的，说明java的作用范围达不到了，回去调用底层c语言的库！//会进入本地方法栈//调用本地方法本地接口 JNI// JNI作用：扩展java的使用，融合不同的编程语言java的作用，最初，c，c++//java诞生的时候，c，c++横行，想要立足，必须调用c，c++的程序//它在内存区域中专门开辟了一块标记区域，Native Methods Stack , 登记 native方法//在最终执行的时候，加载本地方法库中的方法通过JNI//例如：Java程序驱动打印机，管理系统，掌握即可，在企业级应用比较少// 调用其他接口:Socket. . WebService~. .http~

privatenativevoidstart();

7、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

8、方法区

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

图 类实例化后

9、栈

图 为什么main()先执行，最后结束~

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栈:先进后出 桶: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，栈内存也就是释放,对于栈来说,不存在垃圾回收问题

一旦线程结束，栈就Over!

栈内存中:

8大基本类型+对象引用+实例的方法

栈运行原理:栈帧

栈满了: StackOverflowError

图 栈的位置示意图

图 栈帧图解 栈底部子帧指向上一个栈的方法 上一个栈的父帧指向栈底部方法

10、三种JVM

HotSpot  使用最多

JRockit BEA

J9 vm IBM

11、堆

Heap, 一个JVM 只有一个堆内存，堆内存的大小可以调节的。

类加载器读取了类文件后，一般会把什么东西放在对里面？ 类的具体实例，

堆内存划分：

1）新生区 ：Eden、S0、S1。对象在这里诞生、成长、甚至死亡

Eden：所有对象都是在eden区new出来的。

2）老年区

3）永久区：jdk1.8以后，叫元空间（方法区在这里，常量池在方法区里）。这个区域是常驻内存的，用来存放jdk自身携带的class对象。

GC垃圾回收，主要在伊甸园区和养老区~假设内存满了，OOM, 堆内存不够！

新生区

• 类： 诞生 和成长的地方，甚至死亡；
  
• 伊甸园区： 所有的对象都在 伊甸园区 new出来的！
  
• 幸存者区（0.1）
  

老生区

真理:经过研究，70%-99%的对象都是临时对象!|

永久区

这个区域常驻内存的，用来存放JDK自身携带的Class对象，interface元数据，存储的是java运行的一些环境类信息，这个区域不存在垃圾回收！关闭VM虚拟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，大量生成反射类，不断的被类加载，直到内存满，就会出现OOM；

• jdk1.6之前： 永久代，常量池在方法区；
  
• jkd1.7 ： 永久代，但是慢慢的退化了，去永久带，常量池在堆中；
  
• jdk1.8以后：无永久代，常量池在元空间
  

元空间：逻辑上存在，物理实际上不存在

在一个项目中，突然出现了OOM的故障，那么该如何排除

• 能够看到代码第几行出错：内存快照分析工具，MAT, Jprofiler
  
• Debug，一行一行分析代码！
  
• MAT，Jprofiler作用：
  1.分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏
  2.获得堆中的数据
  3.获得大的对象
  

遇到OOM问题怎么解决的？

1. 尝试扩大堆内存查看结果

-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGDetails

1. 分析内存，看一下那个地方出现了问题
   

12、堆内存调优

//-Xms 设置初始化内存分配的大小 /164

//-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  //OOM Dump

//-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

 

publicclassdemo02 {

   byte[] array=newbyte[1*1024*1024];

 

   publicstaticvoidmain(String[] args) {

       ArrayList<demo02>list=newArrayList<>();

       intcount=0;

 

       try {

           while (true){

               list.add(newdemo02());//问题所在

               count++;

           }

       } catch (Errore) {

           System.out.println("count"+count);

           e.printStackTrace();

       }

   }

 

 

 

}

13、垃圾回收算法GC

JVM在进行GC时，并不是对这三个区域（jdk1.8以后不存在永久区，改名元空间，不在JVM，是在本地内存中的）统一回收。 大部分时候，回收都是新生代~●新生代●幸存区(form区，to区)●老年区

GC两种类:轻GC (普通的GC)， 重GC (全局GC)

●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, form, to, 老年区,说说他们的特点!

●GC的算法有哪些? 标记清除法，标记整理,复制算法，引用计数器

●轻GC和重GC分别在什么时候发生?

1.引用计数法

在JVM中几乎不用，每个对象在创建的时候，就给这个对象绑定一个计数器（有消耗）。每当有一个引用指向该对象时，计数器加一；每当有一个指向它的引用被删除时，计数器减一。这样，当没有引用指向该对象时，该对象死亡，计数器为0，这时就应该对这个对象进行垃圾回收操作。

优点：

• 简单
  
• 计算代价分散
  
• “幽灵时间”短（幽灵时间指对象死亡到回收的这段时间，处于幽灵状态）
  

缺点：

• 不全面（容易漏掉循环引用的对象）
  
• 并发支持较弱
  
• 占用额外内存空间（计数器消耗）
  

2.复制算法

将可用内存划分为两块，每次只是用其中的一块，当半区内存用完了，仅将还存活的对象复制到另外一块上面，然后就把原来整块内存空间一次性清理掉。

这样使得每次内存回收都是对整个半区的回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存就行，实现简单，运行高效。

优点： 空间连续，没有内存碎片，运行效率高。

缺点： 每次运行，总有一半内存是空的，导致可使用的内存空间只有原来的一半。复制收集算法在对象存活率高的时候，效率有所下降， 所以复制算法主要用在新生代幸存者区中的from区和to区，因为新生代对象存活率低。

3.标记-清除算法

为每个对象存储一个标记位，记录对象的状态（活着或是死亡）。分为两个阶段，一个是标记阶段，这个阶段内，为每个对象更新标记位，检查对象是否死亡；第二个阶段是清除阶段，该阶段对死亡的对象进行清除，执行 GC 操作。

优点：

• 实现简单，标记—清除算法中每个活着的对象的引用只需要找到一个即可，找到一个就可以判断它为活的。
  
• 此外，这个算法相比于引用计数法更全面，在指针操作上也没有太多的花销。更重要的是，这个算法并不移动对象的位置。
  

缺点：

• 需要进行两次动作，标记获得的对象和清除死亡的对象，所以效率低。
  
• 死亡的对象被GC后，内存不连续，会有内存碎片，GC的次数越多碎片越严重。
  

4.标记-压缩/整理算法

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

思考一个问题：难道没有最优算法吗?

答案： 没有，没有最好的算法,只有最合适的算法----->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
  
• 标记清除(内存碎片不是太多)+标记压缩混合实现
  

JMM

总结