JVM

最新推荐文章于 2024-04-23 21:17:24 发布

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本文深入探讨JVM的基础架构，包括类加载机制、内存区域划分、垃圾回收算法等内容。重点介绍了双亲委派机制如何保障安全性和高效性，以及GC算法在不同区域的应用策略。

JVM探究

你对JVM了解多少？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，你对类加载器的认识？

一个不错的思维导图

https://img2018.cnblogs.com/blog/785907/201901/785907-20190106130914421-1214758103.png

JVM的位置

在这里插入图片描述

JVM的体系结构

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-R2Asm1yq-1607848385217)(file:///C:\Users\小娜\AppData\Local\Temp\ksohtml24040\wps4.jpg)]$

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类加载器

public class Car {
    public static void main(String[] args) {
        //类是模板，对象是具体的
        Car car1 = new Car();
        Car car2 = new Car();
        Car car3 = new Car();

        System.out.println(car1.hashCode());
        System.out.println(car2.hashCode());
        System.out.println(car3.hashCode());

        Class<? extends Car> class1 = car1.getClass();
        Class<? extends Car> class2 = car1.getClass();
        Class<? extends Car> class3 = car1.getClass();

        System.out.println(class1.hashCode());
        System.out.println(class2.hashCode());
        System.out.println(class3.hashCode());

    }
}

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-w2LggMJD-1607848385224)(C:\Users\小娜\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201206220909592.png)]$

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-trCJ3WQU-1607848385227)(file:///C:\Users\小娜\AppData\Local\Temp\ksohtml24040\wps7.jpg)]$

1、虚拟机自带的加载器

2、启动类（根）加载器

3、扩展类加载器

4、应用程序加载器

public class Car {
    public static void main(String[] args) {
        //类是模板，对象是具体的
        Car car1 = new Car();

        System.out.println(car1.hashCode());

        Class<? extends Car> class1 = car1.getClass();

        System.out.println(class1.hashCode());

        ClassLoader classLoader = class1.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);//AppClassLoader
        System.out.println(classLoader.getParent());//ExtClassLoader \jre\lib\ext
        System.out.println(classLoader.getParent().getParent());//null 1、不存在 2、java程序获取不到 re.jar
    }
}

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Gu6qHDCO-1607848385228)(C:\Users\小娜\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201206221827957.png)]$

双亲委派机制

JVM中提供了三层的ClassLoader：

Bootstrap classLoader:主要负责加载核心的类库(java.lang.*等)，构造ExtClassLoader和APPClassLoader。
ExtClassLoader：主要负责加载jre/lib/ext目录下的一些扩展的jar。
AppClassLoader：主要负责加载应用程序的主函数类

安全

APP–>EXC–>BOOT(最后执行)

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，能加在就结束，使用当前的加载器，抛出异常，通知子加载器进行加载

4、重复步骤3

null：java调用不到C，C++

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。父类中同理会先检查自己是否已经加载过，如果没有再往上。注意这个过程，知道到达Bootstrap classLoader之前，都是没有哪个加载器自己选择加载的。如果父加载器无法加载，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。

双亲委派机制的作用

1、防止重复加载同一个.class。通过委托去向上面问一问，加载过了，就不用再加载一遍。保证数据安全。
2、保证核心.class不能被篡改。通过委托方式，不会去篡改核心.clas，即使篡改也不会去加载，即使加载也不会是同一个.class对象了。不同的加载器加载同一个.class也不是同一个Class对象。这样保证了Class执行安全。

沙箱安全机制

Java安全模型的核心就是Java沙箱。什么时沙箱？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，而远程代码而被看作是不受信任的。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，安全依赖于沙箱机制。

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-9byIrpRn-1607848385232)(C:\Users\小娜\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201206224126038.png)]$

但如此严格的安全机制也给程序的功能扩展带来障碍，比如当用户希望远程代码访问本地系统的文件时候，就无法实现，因此在后续的Java1.1版本中，针对安全机制做了改进，增加了安全策略，允许用户指定代码对本地资源的访问权限。

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-6EGdFbwF-1607848385233)(C:\Users\小娜\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201206224141733.png)]$

在Java1.2版本中，再次改进了安全机制，增加了代码签名。不论是本地代码还是远程代码，都会按照用户的安全策略设定，由类加载器加载到虚拟机中权限不同的运行空间，来实现差异化的代码执行权限控制。

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UnR2ysM3-1607848385235)(C:\Users\小娜\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201206224159510.png)]$

当前最新的安全机制实现，则引入了域的概念。虚拟机会把所有代码加载到不同的系统域和应用域，系统域部分专门与关键资源进行交互，而各个应用域部分则通过系统域的部分代理来对各种需要的资源进行访问。虚拟机中不同的受保护域，对应不一样的权限，存在于不同域中的类文件就具有了当前域的全部权限。

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-lOL1fXgJ-1607848385237)(C:\Users\小娜\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201206224511887.png)]$

组成沙箱的基本组件：

字节码校验器：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。

类装载器：其中类装载器在3个方面对Java沙箱起作用。

它防止恶意代码区干涉善意的代码。
它守护被信任的类库边界。
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了不同的命名空间，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：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：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：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 keytools https
- 加密
- 鉴别

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()->{
        },"my thread name").start();
    }
    //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：扩展了Java的使用，融合不同的编程语言为Java所用，最初的C，C++
    //Java诞生的时候，C，C++横行，想要立足，必须要有调用C，C++的程序
    //它在内存区域中专门开辟了一块标记区域：Native Method 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
    
    //Java程序驱动打印机，管理系统
    private native void start0();
    //调用其他接口：Socket.WebService.http

}

Native

Native Method Stack

它的具体做法是Native Method Stack中等级native方法，在（Execution Engine）执行引擎执行的时候加载Native Libraies【本地库】

PC寄存器

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，线程是私有的，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。

方法区

Method Area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，如构造方法，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，但是实例变量存在堆内存中，与方法区无关

方法区：static ,final,Class,常量池

栈

栈：数据结构

程序 = 数据结构+算法：持续学习

程序 = 框架+业务逻辑：吃饭

栈：先进后出，后进先出

队列：先进先出（FIFO：First Input First Output）

为什么main()先执行，最后结束

栈：栈内存，主管程序的运行，生命周期和线程同步

线程结束，栈内存也就释放，对于栈，不存在垃圾回收问题

一旦线程结束，栈就Over

栈：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

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-2QEHz9qY-1607848385239)(file:///C:\Users\小娜\AppData\Local\Temp\ksohtml30724\wps1.jpg)]$

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-43CKWePb-1607848385240)(file:///C:\Users\小娜\AppData\Local\Temp\ksohtml30724\wps2.jpg)]$

画出一个对象实例化的过程，在内存中！！待完善

三种JVM

Sun公司

BEA JRckit

IBM J9 VM

我们学习都是 Hotspot

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-L5Nd7CKa-1607848385242)(file:///C:\Users\小娜\AppData\Local\Temp\ksohtml30724\wps3.jpg)]$

新生区又叫伊甸园区

GC垃圾回收，主要是在伊甸园区和养老区

假设内存满了，OOM，堆内存不够！java.lang.OutOfMemoryErroe:Java heap space

在JDK8以后，永久存储区改个名字（元空间）

新生区

类：诞生和成长的地方，甚至死亡
伊甸园：所有的对象都在伊甸园区new出来的
幸存区（0，1）

老年区

永久区

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-PoPAkARq-1607848385243)(file:///C:\Users\小娜\AppData\Local\Temp\ksohtml31348\wps1.jpg)]$

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运行时的一些环境或类信息，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，大量动态生成的反射类，不断地被加载。直到内存满，就会出现OOM

JDK1.6之前：永久代，常量池是在方法区

JDK1.7：永久代，但是慢慢的退化了，去永久代，常量池在堆中

JDK1.8之后：无永久代了，常量池在云空间

在这里插入图片描述

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        //返回虚拟机试图使用的最大内存
        long max = Runtime.getRuntime().maxMemory();//字节
        //返回jvm的初始化总内存
        long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();

        System.out.println("max"+max+"字节\t"+(max/(double)1024/1024)+"MB");
        System.out.println("total="+max+"字节\t"+(total/(double)1024/1024)+"MB");
        //默认情况下，分配的总内存是电脑内存的1/4.而初始化的内存：1/64
    }
    //OOM
    //1.尝试扩大堆内存看结果
    //2.分析内存，看一下那个地方出现了问题（专业工具）
    //-Xms1024m -Xms1024m -XX:+PrintGCDetails
}

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-BpkpyiYe-1607848385248)(C:\Users\小娜\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20201208074509848.png)]$

堆内存调优

元空间：逻辑上存在，物理上不存在

在一个项目中，突然出现了OOM故障，排错方法：

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

分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏

获得堆中的数据

获得大的对象

······

// -Xmx 设置初始化内存分配大小 1/64
// -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：+HeapDumpOnOutOfMomeryError //OOM Dump

// -Xms1m _Xmx*m -XX+HeapDumpOnOutOfMomeryError

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-84toOn1T-1607848385250)(file:///C:\Users\小娜\AppData\Local\Temp\ksohtml31712\wps1.jpg)]$