JVM基础

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分类专栏： java 笔记文章标签： jvm java

于 2023-02-02 19:04:32 首次发布

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一、JVM概述

虚拟机

在windows中，虚拟一个运行环境
分为系统虚拟机VMware，程序虚拟机JVM

jvm作用

        负责将字节码加载到内存中(运行时数据区)
       负责存储数据
       把字节码翻译为机器码，执行
       垃圾回收

jvm组成部分

        1.类加载器(负责加载字节码文件)
       2.运行时数据区(存储时数据，堆，java虚拟机栈(运行java自己的方法)，方法区，程序计数器，本地方法栈)
       3.执行引擎(更底层，把字节码翻译为机器码)
       4.本地方法接口
       5.垃圾回收

二、类加器

作用

负责从硬盘/网络中加载字节码信息
加载到内存中(运行时数据区的方法区中)

类加载过程

加载

                使用IO读取字节码文件
                转换并存储，为每个类创建一个Class类的对象
                存储在方法区中

链接(验证，准备，解析)

                验证:对字节码文件格式进行验证，文件是否被污染
         对基本的语法格式进行验证
                 准备:为静态的变量进行内存分配
public static int value = 123; value 在准备阶段后的初始值是0，而不是123
静态常量在编译期间就初始化
                  解析:将符号引用转为直接引用
  将字节码中的表现形式，转为内存中表现(内存地址)

初始化

类的初始化,为类中定义的静态变量进行赋值

public static int value = 123; value 在初始化阶段后的初始值是123.

类什么时候会被加载(初始化)

                1.在类中运行main方法
               2.创建对象
                3.使用类中的静态变量
                4.反射Class.forName("类的地址");
               5.子类被加载
                    以下两种情况类不会被初始化

        static finall int b = 20;//编译期间赋值的静态常量
            System.out.println(User.b)
            User[] user = new User[10];

类加载器

具体的负责加载类的一些代码

        1.引导类加载器，用c/c++语言开发的，jvm底层的开发语言，负责加载java核心类库.
           与java语言无关的.
       2.扩展类加载器
           java语言编写的，由 sun.misc.Lanucher$ExtClassLoader 实现，继承ClassLoader类
           从JDK系统安装目录的jre/lib/ext子目录(扩展目录)下加载类库
       3.应用程序类加载器
           java语言编写的，由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现，派生于ClassLoader类
       4.自定义类加载器

双亲委派机制

        加载一个类时，先委托给父类加载器，如果父类加载器还有父类，就继续向上委托，直到引导类加载器父级找到就返回，父级如果最终没有找到，就委派给子级加载器最终没有找到，报 ClassNotFoundException.
       为了先确保加载系统类
       双亲委派机制，是Java提供的类加载的规范，但不是强制不能改变的。我们可以通过自定义的类加载器，改变加载方式。

打破双亲委派机制

可以通过继承ClassLoader类，重写loadClass/findClass方法。实现自定义的类加载。典型的tomcat中，加载部署在tomcat中的项目时，就使用的是自己的类加载器

三、运行时数据区

1.程序计数器

        是一块很小的内存空间，用来记录每个线程的指令位置，
       是线程私有的，每个线程都拥有一个程序计数器，生命周期与线程一致
       是运行时数据区中，唯一一个不会出现内存溢出的空间
       运行速度最快

2.本地方法栈

        用来运行本地方法的区域
       是线程私有的
       空间大小可以调整可能会出现栈溢出

3.java栈

基本作用特征

                栈是运行单位，管理方法的调用运行
                是用来运行Java方法的区域。
                可能会出现栈溢出。
                是线程私有的

运行原理

先进后出的结构
最顶部的称为当前栈帧

栈帧结构

                一个栈帧中包含:
                        局部变量表(存储在方法中声明的变量)
                        操作数栈(实际计算运行)
                        动态链接

 String name;
     void A(){
        B();//B方法的地址
    }

方法返回地址

4.堆

基本作用特征

                是存储空间，用来存储对象，是内存空间最大的一块区域，
                在Jvm启动时就被创建，大小可以调整
                本区域是存在垃圾回收的，是线程共享的区域

堆空间的分区：

年轻代(新生区/新生代)
伊甸园区(对象刚刚创建存储在此区域)
幸存者1区
幸存者2区
老年代(老年区)

为什么要分区

可以根据对象的存活的时间放在不同的区域，可以区别对待
频繁回收年轻代，较少回收老年代。

创建对象，在堆内存中分布

1.新创建的对象，都存储在伊甸园区
2.当垃圾回收时，将伊甸园中垃圾对象直接销毁，将存活的对象，移动到幸存者1区
3.之后创建的新对象还是存储在伊甸园区，再次垃圾回收到来时，将伊甸园区中的存货对象移动到幸存者2区，同样将幸存者1区的存活对象移动待幸存者2区，每次保证一个幸存者区是空的，相互转换
4.每次垃圾回收时，都会记录此对象经历的垃圾回收次数，当一个对象经历过15次回收，仍然存活，就会被移动到老年代垃圾回收次数，在对象头中有一个4bit的空间记录，最大值只能是15.
5.老年区回收次数较少，当内存空间不够用时，才会回收老年代

堆空间的配置比例

默认的新生代与老年代的比例：1:2 可以通过 -XX:NewRatio=2 进行设置
如果项目中生命周期长的对象较多，就可以把老年代设置更大

在新生代中，伊甸园区和幸存者区比例：8:1:1
可以通过 -XX:SurvivorRatio=8进行设置
对象垃圾回收的年龄 -XX:MaxTenuringThreshold=<N>

分代收集思想 Minor GC、Major GC、 Full GC

                对年轻代进行垃圾回收成为 Minor GC/yong GC 是频繁进行的回收
对老年代进行垃圾回收称为Major GC/old GC 回收的次数较少
Full GC 整堆收集尽量避免:
                        System.gc();时程序员几乎不用
                        老年区空间不足
                        方法区空间不足

堆空间的参数设置

官方文档

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html

字符串常量池

                在jdk7之后，将字符串常量池的位置从方法去移动到了堆空间中，
                因为方法去的回收，在整堆收集时发生，回收频率低
                堆空间回收频率高

5.方法区

作用:主要用来加载存储的类信息，以及即时编译期编译后的信息，以及运行时常量池

特点:在jvm启动时创建，大小也是可以调整的，是线程共享，也会出现内存溢出

方法区，堆，栈交互信息

                方法去存储类信息(元信息)
  堆中存储创建的对象
栈中存储对象引用

方法区大小设置

-XX:MetaspaceSize 设置方法区的大小
windows jdk默认的大小是21MB
也可以设置为-XX:MaxMetaspaceSize 的值为-1，既没有限制，没有限制，就可以使用计算机内存
可以将初始值设置较大一点，减少了FULL GC 发生

方法区的内部结构

类信息
即时编译期编译后的信息、
运行时常量池(指的就是类中各个元素的编号)

方法区的垃圾回收

在FULL GC 时方法区发生垃圾回收
主要时回收类信息，类信息回收条件比较苛刻，满足一下3点即可
1.在队中，该类及其子类的对象都不存在了
2.该类的类加载器不存在了
3.该类的Class对象不存在了
也可以认为类一旦被加载就不会被卸载了

特点总结

                程序计数器,java栈，本地栈是线程私有的
                程序计数器不会出现内存溢出
                Java栈，本地栈，堆，方法区可能会出现内存溢出
                Java栈，本地栈，堆，方法区大小是可以调整的
                堆，方法区是线程共享的，是会出现垃圾回收的