学会JVM,从这篇开始

简介: 学会JVM,从这篇开始

一、了解 JVM


JVM ( Java Virtual Machine ),又称之为 Java虚拟机。JVM 的运行与操作系统无关,能够实现跨平台,只要是安装了JVM的机器,都能运行Java程序,Java语言最重要的特点 "跨平台运行",也正是这个原因。


想要详细了解 Java 推荐大家一本书 << 深入理解Java虚拟机>> (周志明)

而不作为 这个垂直领域(开发编译器 等..)的程序员,我们工作中所要知道的并不多,只需熟记下面的内容。


二、JVM内存划分

Java 程序,就是一个名为 Java的进程,这个进程就是“JVM”,JVM会先从操作系统里申请一大块空间,在这个基础上再划分成几个小的区域。(可以理解成你买个房子,你会规划一下厨房\客厅\卧室...)。而学习JVM内存划分,就是学习这几个区域。


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  • 堆  :存放 new 的对象。
  • 方法区:存放 类对象(加载好的类)。
  • :分为“本地方法栈”和“虚拟机栈”。本地方法栈:存放本地方法之间的调用关系(本地方法指的是JVM内部使用C++写的代码)。虚拟机栈:用来保存调用关系的内存空间。
  • 程序计数器 :放的是下一个要执行的指令的地址。



牢记:局部变量存放在栈上。成员变量存放在堆上。静态变量是在类对象里,也就是在方法区中。

 

三、类加载


1. 类加载是干啥的?


Java 程序在运行之前,是先要进行编译,将 .java文件 变成 .class文件(二进制字节码文件)

在运行的时候,JVM进程就会读取对应的 .class 文件,并解析内容,在内存中构造出类对象进行初始化......简单点说就是 将类从文件加载到内存之中


什么是类对象 ?


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这个图就是 Java的官方文档截取的,左边是类型 右边是相关属性,日常开发中,我们会遇到版本不兼容的问题,就是因为类对象的格式不同,JDK8 和 JDK19还是有很多区别的。


2. 类加载的大致过程


1. 加载

2. 连接 ---->①验证②准备③解析

3. 初始化

要熟悉了解这个图!!

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3. 什么是 双亲委派模型(重点) ?


JVM 加载器 是由 类加载器(class loader) 这样的模块来负责的,而JVM本身自带了多个类加载器 (我们程序员也可以自己实现)。


  • Bootstrap ClassLoader  负责加载标准库中的类
  • Extension ClassLoader  负责加载JVM扩展的库的类
  • Application ClassLoader  负责加载咱们自己的项目里的自定义类


而 上述类加载器相互配合的工作过程,就是双亲委派模型


三个类加载器存在父子关系 :


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加载的时候,从Application ClassLoader 开始,加载器不会立即扫描自己负责的路径,而是把任务委派给 父类加载器 先进行处理,整个过程就是按照下图的过程,如果最后没有找到,就会报错 “类加载失败”。


image.png

四、GC


GC(Garbage Collection):垃圾回收机制

当我们呢申请内存,但不进行释放的时候,就会产生 内存泄漏 ,而手动释放又太麻烦,就产生了GC垃圾回收机制,也就是JVM自动释放垃圾的方式。Python PHP JS Go Java ....。

C++并没有GC,原因是 GC有一个 STW问题 ,也就是在特定的时候,会产生卡顿,而C++追求的是机制的快。C++使用的是“智能指针”。


1. GC回收的是哪里的内存


  • 堆:GC主要回收的地方
  • 方法区:类对象,加载之后一般不会卸载
  • 栈:成员变量,释放的时间确定,不必回收
  • 程序计数器:固定内存空间,不必回收



而 主要回收的堆 又分为几块,如下图

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2. 回收如何判断某个对象是否是垃圾?


通过判断是否存在引用指向,确定这个对象是否使用,如果不存在引用对象则就可以释放。释放的方式有两种典型的方法,分别是 引用计数 和 可达性分析

① 引用计数(Python PHP采用)

每个对象都加上一个计数器,这个计数器就表示 当前的对象有几个引用。当计数器的值为 0 的时候,表示这个对象已经没有引用指向,也表示无法被使用了,这时候就被认为是垃圾。


优点:① 空间利用率低(当是int类型的对象的时候,还有加一个计数器)

          ② 可能出现 循环引用 的问题,例如下面代码

public class Test {
    Test test;
    public static void main(String[] args) {
        Test a = new Test(); //a对应的对象 +1=1
        Test b = new Test(); //b对应的对象 +1=1
        a.test = b; //b对应的对象 +1=2
        b.test = a; //a对应的对象 +1=2
        a = null; //a对应的对象 -1=1
        b = null; //b对应的对象 -1=1
        // 我们会发现 这时候 a对应的对象 和 b对应的对象 计数器内的值都为1
        // 但是实际上 并没有引用指向它们,这就是循环引用的问题,计数器无法归零
    }
}


② 可达性分析(JVM采用)

约定一些特定的变量作为“GC Roots”。每隔一段时间,就从 GC Roots 出发,进行遍历,看看哪些变量能够被访问到(可达),哪些不能被访问(不可达)。

约定的GC Roots:①栈上的变量 ②常量池引用的对象 ③方法区 引用类型的静态变量

3. 如何回收

① 标记清除


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② 复制算法



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③ 标记整理

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④ 分代回收:综合了上述方法,根据对象不同的特点,用不同的方法

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垃圾回收器


其实上面的内容都是“纸上谈兵”,真枪实弹的是垃圾回收器,而常见的垃圾回收器可以了解一下CMS、G1、ZGC(Java15开始使用),可以后期了解。

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