[JVM]java虚拟机的运作原理和优化_jvm虚拟机原理与优化-优快云博客

本文详细解析了JVM的定义、工作原理及其优化方法，包括类加载器子系统、运行时数据区、执行引擎等核心组件，以及如何通过JVM内存划分和性能调优解决常见错误如OutOfMemory。

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1.JVM的定义以及相关概念(JDK,JRE)

在入行java后,一直只对代码层面感兴趣,但是近期服务器出现运行出现StackOverflowError或者Heap exceeded limit,OutOfMemory等,显得非常无力.JVM作为运行Java的字节码文件(.class)的平台,了解在运行字节码文件时的运作原理显得非常必要,也为进一步处理问题提供了依据.

1.JVM的定义以及相关概念(JDK,JRE)

<!--名词解释-->
JVM:Java Virtual Machine,即java虚拟机
JDK:Java Developer's Kit,即java开发工具包
JRE:Jave Running Environment,即Java运行环境
JDK作为开发工具包,提供java代码开发时的编译时期环境,提供很多的官方类库,还包含JRE文件.
JRE为java提供了运行时期环境,与JDK的作用区域是完全不同的,JRE主要依靠JVM来实现这一功能,同时还有库.
<!--JVM单独介绍-->
JVM:
    java代码通过javac编译成.class文件(字节码文件)后交给jvm来运行.
    jvm的作用体系则包含类加载器子系统(java魔术了解一下),运行时数据区,和执行引擎.
    java之所以被称为跨平台的语言,正是因为jvm的存在.jvm作为<br>完整硬件系统功能的软件化,物理机的软件实现.
    将.class文件转化为windows或者linux能识别的机器码,从而在windows/linux上运行</br>
    <!--当然,C和C++也是跨平台的,不过C的跨平台体现在编译时就时用的专用的windows/linux开发工具,从而实现跨平台.-->

2.JVM的体系之三大运行流程

1)类加载器子系统

.clss文件的开头会有个识别符号,在中文简体编码的显示下是"漱壕",这里点到为止.

2)运行时数据区

<!-- JVM内存结构 -->
<!-- 线程私有,独占 -->
程序计数器: 程序的执行过程是通过CPU的线程,指向当前线程所执行的字节码命令的行号.
jvm栈: 保存方法的所有信息,包括 局部变量表,操作数栈(存储单位为栈帧),方法出口(return),动态链接等
本地方法栈: 存储native方法,在执行引擎执行时加载本地方法库,Thread.sleep方法就是native修饰.调用C的方法.


<!-- 线程共享 -->
堆: 存储对象的实例.
方法区: 保存所有定义的信息,包含类的所有字段和方法的信息.

2.1) 案例图解说明

package com.glperry;

public class JvmApp {
   
    public static void main(String[] args) {
        JvmApp app = new JvmApp();
        int result = app.calculate();
    }

     public  int calculate(){
        int a = 1;
        int b = 2;
        int c = a+b;
        return c;
    }
}

3)执行引擎

执行字节码文件,转化为可识别的机器码.

3.JVM优化

对JVM运行java报错OutOfMemory,是因为短时间内程序频繁创建对象,GC垃圾回收堆中的对象仍然无法跟上节奏,内存无法维持程序的执行,导致报错. 下面整理 内存回收问题原理分析及JVM优化.

小贴条:

cmd执行jconsole可以运行java的监控和管理平台

java Visual VM:可以监控到各个生代的内存情况

1 ) JVM内存划分

# JVM中内存细分
#New和Tenured属于堆内存,在JVM启动参数(-Xmx:1024M)指定内存分配
New(年轻代):存放JVM刚分配的java对象. 又细分:Eden区(JVM刚分配的对象)和Survivor区(From,To)
Tenured(年老代):年轻代中垃圾回收后没有清除的对象复制到年老代
#JVM直接分配,通过-XX:PermSize -XX:MaxPermSize 等参数调整 代大小
Perm(永久代):用于存放Class,Method元信息,一般设置128M就足够,设置原则是预留30%的空间。

#JVM内存划分,各代的执行变化流程图

说明(网上其他人的版本):

当GC开始时,对象只会存在于Eden区和Survivor区中的From块(Survivor0)。

Eden区中的对象根据回收规则进行回收清除,仍存活的对象Eden区复制到Survivor 的To区中。

From区中仍存活的对象达到年龄阈值的,复制到Old区,未达到阈值的对象复制到To区。

经过这次GC后，Eden区和Survivor中From区((Survivor0)已经被清空,此时，“From”和“To”会交换他们的角色，也就是新的“To”就是上次GC前的“From”，新的“From”就是上次GC前的“To”。

注释:From 和To只是Survivor区中的概念词,实际存在的区是S0和S1,每次GC发生,存活的对象从S0和S1区之间循环复制(清空,复制,避免区域碎片化),复制次数达到16次时,Survivor中的Obj将进入Old区.

#GC触发的时间

#GC触发条件
1.New(新生代)区中的Eden区内存满,引发普通GC
2.老年代内存满,引发Full GC,同时回收新生代New区和老年代Old区
3.永久区Perm内存满,引发Full GC,会导致Class、Method元信息的卸载.
#OutOfMemory 发生条件
1.JVM98%的时间都花费在内存回收
2.每次回收的内存小于2%
#GC导致系统崩溃的原因
每次垃圾回收的时间越来越长
FullGC的次数越来越多，最频繁时隔不到1分钟就进行一次FullGC
年老代的内存越来越大并且每次FullGC后年老代没有内存被释放
之后系统会无法响应新的请求，逐渐到达OutOfMemoryError的临界值。

2) 性能调优(使用jdk自带分析工具)

使用jconsole,或者它的升级版 jvisualvm,查看堆内存的占用情况,看到底哪个区内存负荷过高,然后根据负荷占比设置适当的参数.

使用jmap,将JVM中的各类参数数据化,来分析内存情况,跟上面的工具相比,更偏向数据化而非图形化

#堆的资源占用 数据视图
jmap -heap 进程号
#类的使用占比 占用排序列表视图
jmap -histo 进程号 | head -n(罗列数)
#查看jvm中进程号是pid的加载对象列表,>符号进行输出到指定文件
jmap -histo:live pid >/home/dump.txt