JVM探索

最新推荐文章于 2024-11-04 22:17:15 发布

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分类专栏： jvm

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JVM探索

请你谈谈你对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？知道吗？
谈谈JVM中，类加载器你的认识？

JVM的位置
- java程序泡在jvm上面，jre-jvm，在操作系统之上，最底下是硬件系统。
JVM的体系结构
- 体系结构
- jvm内存模型
- jvm调优说的是“方法区”和“堆“，而”栈“、”本地方法栈“、”程序计数器“不存在垃圾回收一事
- 虚拟机试图使用最大内存为电脑内存的1/4, 而jvm初始化内存为1/64（-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails）
类加载器
- 定义：类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个 java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构
- 作用：加载类文件，引用在栈中，具体实例在堆中
- 虚拟器自带三种类加载器
  - 启动类（根）加载器
  - 扩展类加载器
  - 应用程序加载器（系统类加载器）
双亲委派机制
- Java类加载机制，你理解了吗
- 面试官：java双亲委派机制及作用
- 当某个类加载器需要加载某个.class文件时，它首先把这个任务委托给他的上级类加载器，递归这个操作，如果上级的类加载器没有加载，自己才会去加载这个类。
沙箱安全机制
- Java安全模型核心
- 沙箱：限制程序的运行时环境
- 域Domain概念
- 将java代码限定在虚拟机特定的运行范围内，严格限制代码对本地系统资源的访问，这样措施保证对代码的有效隔离，防止对本地系统的破坏
Native
- 调用底层c，c++语言库
- native -> jni -> 本地方法接口 -> 本地方法库
- 本地方法栈
- 一般用的不多，硬件开发用的多
PC程序计数器
- 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，线程私有，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向下一条指令的地址，也即即将要执行的指令代码）
- 非常狭小的空间 --可以忽略不计
方法区
- 所有线程共享
- 静态变量，常量，类信息（构造方法，接口定义）运行时的常量池也存在方法区中，但是实例变量存在堆内存中，和方法区无关
栈
- 栈：先进后出，后进先出，堆：先进先出，后进后出
- 线程结束，栈内存释放
- 主管程序的运行
- 存放基本类型，实例方法，对象引用…
- 栈帧：父帧子帧，每一个在执行的方法都会产生栈帧
- 栈满报错：StackOverflowError
三种JVM
- SUN 公司 - HotSpot （使我们主要研究的）
- BEA 公司 JRocket
- IBM 公司 J9

堆

一个JVM只有一个堆内存
保存我们所有引用类型的真实对象
3个区域
- 新生区（伊甸园）: 所有的对象都new在了伊甸园去，从中出生
- 养老区-- 老年区 --从新生区（幸存0幸存1）中顺下来的，干不掉，杀不死
- 永久区
  - 此区域不存在垃圾回收，但是也会崩（启动了大量第三方jar） – 永久区是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身携带的Class Interface的元数据
  - jdk1.6之前永久代，常量池是在方法区
  - jdk1.7永久代，慢慢退化，去永久代，常量池在堆中
  - jdk1.8无永久代，常量池在元空间
  - 关闭虚拟机就会释放这块内存

gc垃圾回收主要针对新生区（伊甸园区）和养老区

max:981.5M
total:981.5M
Heap
 PSYoungGen      total 305664K, used 15729K [0x00000000eab00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 262144K, 6% used [0x00000000eab00000,0x00000000eba5c420,0x00000000fab00000)
  from space 43520K, 0% used [0x00000000fd580000,0x00000000fd580000,0x0000000100000000)
  to   space 43520K, 0% used [0x00000000fab00000,0x00000000fab00000,0x00000000fd580000)
 ParOldGen       total 699392K, used 0K [0x00000000c0000000, 0x00000000eab00000, 0x00000000eab00000)
  object space 699392K, 0% used [0x00000000c0000000,0x00000000c0000000,0x00000000eab00000)
 Metaspace       used 2998K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 322K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

抛出OOM demo演示

package com.xiaofan;

import java.util.Random;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        String a = "kuangshensayjava";
        while(true) {
            a += a + new Random().nextInt(999999999) + new Random().nextInt(999999999);
        }
    }
}

D:\jdk1.8\bin\java.exe -Xms8m -Xmx8m -XX:+PrintGCDetails -javaagent:E:\idea_ultimate\IntelliJ_IDEA_2020_2\lib\idea_rt.jar=50684:E:\idea_ultimate\IntelliJ_IDEA_2020_2\bin -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath D:\jdk1.8\jre\lib\charsets.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\deploy.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\ext\cldrdata.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\ext\dnsns.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\ext\jaccess.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\ext\jfxrt.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\ext\localedata.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\ext\nashorn.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\ext\sunec.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\ext\zipfs.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\javaws.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\jce.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\jfr.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\jfxswt.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\jsse.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\management-agent.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\plugin.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\resources.jar;D:\jdk1.8\jre\lib\rt.jar;E:\idea_ultimate\Project\Hello\out\production\Hello com.xiaofan.Main
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1520K->504K(2048K)] 1520K->632K(7680K), 0.0008567 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1973K->488K(2048K)] 2101K->1314K(7680K), 0.0006303 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1578K->488K(2048K)] 2404K->1619K(7680K), 0.0004381 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1576K->224K(2048K)] 3766K->2944K(7680K), 0.0006442 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 782K->224K(2048K)] 4562K->4004K(7680K), 0.0004239 secs] [Times: user=0.03 sys=0.02, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 224K->224K(2048K)] 4004K->4004K(7680K), 0.0004558 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 224K->0K(2048K)] [ParOldGen: 3780K->2165K(5632K)] 4004K->2165K(7680K), [Metaspace: 2947K->2947K(1056768K)], 0.0064615 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 1134K->0K(2048K)] [ParOldGen: 5345K->2697K(5632K)] 6480K->2697K(7680K), [Metaspace: 2963K->2963K(1056768K)], 0.0057346 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 39K->160K(2048K)] 4856K->4976K(7680K), 0.0003290 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 160K->160K(2048K)] 4976K->4976K(7680K), 0.0002194 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 160K->0K(2048K)] [ParOldGen: 4816K->3760K(5632K)] 4976K->3760K(7680K), [Metaspace: 2966K->2966K(1056768K)], 0.0020017 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2048K)] 3760K->3760K(7680K), 0.0002045 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2048K)] [ParOldGen: 3760K->3741K(5632K)] 3760K->3741K(7680K), [Metaspace: 2966K->2966K(1056768K)], 0.0064159 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
Heap
 PSYoungGen      total 2048K, used 131K [0x00000000ffd80000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 1536K, 8% used [0x00000000ffd80000,0x00000000ffda0c38,0x00000000fff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
 ParOldGen       total 5632K, used 3741K [0x00000000ff800000, 0x00000000ffd80000, 0x00000000ffd80000)
  object space 5632K, 66% used [0x00000000ff800000,0x00000000ffba7700,0x00000000ffd80000)
 Metaspace       used 3075K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 332K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3332)
	at java.lang.AbstractStringBuilder.ensureCapacityInternal(AbstractStringBuilder.java:124)
	at java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:674)
	at java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:208)
	at com.xiaofan.Main.main(Main.java:10)

JProfiler工具分析OOM的原因

-Xms 设置初始化内存大小

-Xmx 设置最大分配内存

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

-XX:+PrintGCDetails

package com.xiaofan;

import java.util.ArrayList;

public class Main {

    byte [] arr = new byte[1024*1024]; //1m

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Main> list = new ArrayList<>();
        int count = 0;
        try {
            while(true) {
                list.add(new Main());
                count += 1;
            }
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("count: " + count);
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

堆内存调优
- 报OOM时，首次按尝试扩大堆内存空间查看结果，分析内存，查看一下哪个地方出现问题（JProfiler）
- JProfiler作用：分析DumpN内存文件，快速定位内存泄漏，获得堆中的数据，获取大的对象。
- 虚拟机基本配置参数
  - -Xms 设置Java程序启动时的初始堆大小-- 初始化内存大小
  - -Xmx 设置java程序能获得的最大堆大小-- 最大内存大小
  - -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 使用改参数可以在内存溢出时导出这个堆信息
  - -XX:+HeapDumpPath，可以设置导出堆的存放路径
  - -XX:+PrintGCDetails 打印GC垃圾回收信息
  - 举例 ----- -Xms1m -Xmx1m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=d:/Test3.dump
GC
- 垃圾回收为自动，手动只能提醒
- GC作用于堆+方法区
- GC大部分针对新生代
  - 轻GC ----- 普通GC
  - 重GC ----- 全局GC
- GC算法
  - 复制算法 —GC算法-复制算法
    - 该算法将内存平均分成两部分，然后每次只使用其中的一部分，当这部分内存满的时候，将内存中所有存活的对象复制到另一个内存中，然后将之前的内存清空，只使用这部分内存，循环下去
      - 幸存区01， from…to…， 0和1互相不断交换，进行gc进行复制算法
      - 若一直没有死进入到养老区
        优点：实现简单，不产生内存碎片
        缺点：浪费一半的内存空间
- 标记清除算法 -----扫描对象，对活着的对象进行标记，对没有标记的对象进行清除
  - 优点：不需要额外空间，优于复制算法
  - 两次扫描，浪费时间，会存在内存碎片
- 标记压缩算法 ----- 再优化，压缩：防止碎片的产生，方法：向一端移动活的对象，多了一个移动成本
- 标记清除压缩算法 ----- 先标记清除几次再进行压缩，等碎片多了之后
- 引用计数算法 ------ 每个对象一个计数器，一般不用，因为计数器有消耗，用过多次的不删，0次的就删除了 —引用出现+1,引用删除-1
- 总结：
  - 内存效率：时间复杂度：复制算法 > 标记清除 >标记压缩
  - 内存整齐度：复制算法=标记压缩>标记清除
  - 内存利用率 ----- 标记压缩=标记清除 > 复制算法
  - 分代收集算法（JVM调优）：没有最好的算法，只有最合适的
    - 年轻代 ----- 存活率低，复制算法
    - 老年代 ----- 存活率高，标记清除与标记压缩混合实现
JMM

在这里插入图片描述

Java Memory Model: Java内存模型 – 抽象概念，理论
定义了线程工作内存和主内存之间的抽象关系
- 线程之间的共享变量存储在主内存中 ----MAIN MEMORY
- 每个线程都有一个私有的本地内存 ---- LOCAL MEMORY
与并发相关

OOM的种类和原因

java.lang.OutOfMemoryError
内存泄漏（memory leak）是指程序中一动态分配的堆内存由于某种原因程序未释放，造成系统内存的浪费，导致程序运行减慢甚至系统奔溃等严重后果
内存溢出（out of memory）是指程序申请内存时，没有足够的内存供申请者使用，说白就是内存不够用，此时就会报错OOM,即所谓的内存溢出
OOM种类和原因
- java堆溢出 ---- 既然堆是存放实例对象的，那就无限创建实例对象
- 虚拟机栈溢出 ----- 虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型，每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧用于存储局部变量表，操作数栈、动态链接、方法出口等信息，本地方法栈和虚拟栈的区别是，虚拟机栈为虚拟机运行java方法服务，而本地方法栈为虚拟机提供native方法服务；在单线程的操作中，无论是由于栈帧太大，还是虚拟栈空间太小，当占空间无法分配时，虚拟机抛出的都是StackOverflowError，而不会得到OutOfMemoryError异常，在多线程情况下，则会抛出OutOfMemoryError异常
- 本地方法栈溢出！
- 方法区和运行时常量池溢出 - java堆和方法区： java堆区主要存放对象实例和数组等，方法区保存类信息，静态变量等等，运行时常量也是方法区的一部分，这两块区域是线程共享的区域，只会抛出OutOfMemeryError。
- 本机内存直接溢出 – NIO有关（New input/Output）,引入了一种基于通道与缓存区的I/O方式，可是native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在java堆中的对象作为这块内存的应用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了再Java堆和Native堆中来回复制数据
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