JVM虚拟机

呜呜你好特别

已于 2022-10-13 19:32:45 修改

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文章标签： jvm java 面试

于 2022-10-13 19:32:30 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_46216804/article/details/127307702

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一、jvm内存模型

1、内存结构

五大部分：堆、虚拟机栈、本地方法栈、方法区、程序计数器

执行引擎、本地接口

（1）程序计数器（Program Counter Register）

当前线程所执行字节码的行号指示器，指向下一个将要执行的指令代码，
每个线程都有一个独立的程序计数器，程序计数器线程私有。
如果线程执行 Java 方法，则记录正在执行的虚拟机字节码指令的地址；执行Native 方法（C++代码）时，计数器值为空Undefined。
程序计数器不会发生内存溢出（OutOfMemoryError即OOM）问题。
是一个非常小的内存空间,几乎可以忽略不计

（2）栈（`jvm`）

JVM 中的栈包括 虚拟机栈和本地方法栈，两者的区别就是，Java 虚拟机栈为 JVM 执行 Java 方法服务，本地方法栈则为 JVM 使用到的 Native 方法（java调用非java代码的接口）服务。两者作用是极其相似的

堆中对象的一个方法对应一个栈帧。每个栈帧包括局部变量、操作数栈、方法返回地址、动态链接

栈是用完了就弹出，所以不产生垃圾
栈是私有的
放局部变量
动态链接里面放方法对应的 它在方法区里面解析后入口的地址，通过这个找到方法的具体代码，可以理解为方法索引
方法出口：返回调用自己的方法的那一行，不至于又从第一行代码开始执行

（3）方法区

用于存储类信息。
被所有线程共享
方法区是一个特殊的堆，JVM调优99%的情况都是对方法区和堆进行调优，而绝大部分都是对堆调优
所有字段、方法字节码、特殊方法(构造函数)、接口代码在此定义。所有定义的方法的信息都保存在该区域
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中,但是,和方法区无关static final, Class,常量池

（4）堆内存

是最大的一块内存。用于存储对象实例。
实例变量存在堆内存中
堆内存又细分为新生代、老年代。
年轻代分为了三部分：1个Eden区和2个Survivor区（分别叫from和to）。默认比例为8：1：1

①年轻代步入老年代过程

新创建的对象都会被分配到Eden区(一些大对象特殊处理),这些对象经过第一次Minor GC后，如果仍然存活，将会被移到Survivor区。对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，年龄就会增加1岁，当它的年龄增加到一定程度时，就会被移动到年老代中。

15次存活进入老年代
大对象直接进入老年代
对象动态年龄判断：Eden过来的对象超过了幸存者区的1/2，直接进入老年代。

②Survivor存在的意义？

翻译：幸存者
意义：减少对象直接进入老年代的机会，减少Full GC的频率，从而尽可能减少GC停顿的发生；

③为什么需要划分两个Survivor出来？

     由于新生代采用复制算法决定的。因为新生代一般采用复制算法来回收内存，每次内存回收总是需要另一块空的区域（s0或s1,s0、s1轮流被使用）来存放GC存活下来的对象。

二、类加载器

类是模板，对象是具体的

1、加载类

启动类（根）加载器
扩展类加载器
应用程序加载器

先在应用程序加载器找，再去扩展类加载器找，层层往上，当返回NULL的时候有两种情况：

不存在
Java程序获取不到（c++写的程序Java当然找不到）

2、双亲委派机制

目的：为了保证安全

查找顺序（从右至左开始找）：

APP(应用程序加载器)->EXC(扩展类加载器)->BOOT(根加载器，最终执行)

若Boot里面没有这个类->EXC找，EXC里面也没有这个类->APP里面找

3、沙箱安全机制

类似于linux的权限保护

4、全盘负责委托机制

当个 ClassLoader加载一个类的时候,除非显示的使用另一个 Classloader,该类所依赖和引用的类也由这个 ClassLoader载入

5、分配担保机制

就是大于新生代50%的对象直接进入老年代

6、Native

调用C++方法

三、`GC`回收算法

1、引用计数法

给对象添加一个引用计数器,每当有一个地方引用,计数器就加1,当引用失效,计数器就减1。

为0就清理掉

这个方法实现简单、效率高，但是目前主流的虚拟机中没有选择这个算法来管理内存，因为如果两个对象互相引用对方,导致它们的引用计数器都不为0，就无法回收

2、复制算法

复制算法保证to永远是空的（谁空谁是To）

清理GC的时候将Eden里面存活的对象放入幸存者To区，然后将from区的对象也放入To区，这时候To区就变成了From区，原来的From就变成了To区（原来的对象复制到了To区，自己就没有对象了，谁空谁是To）

好处

没有内存的碎片

坏处

浪费了内存空间：to永远是空。假设对象100%存活(极端情况)复制算法

最佳使用场景

对象存活度较低的时候；新生区；

3、标记清除算法

优点

不需要额外的空间

缺点

两次扫描,严重浪费时间,会产生内存碎片（那些缺口不好补）。

4、标记压缩算法

压缩实际上就是移动

先标记清除，再移动

5、可行性分析算法

通过一系列的称为GC Roots的对象作为起点，从这些节点开始向下搜索，节点所走过的路当一个对象到==GC Roots没有任何引用链相连的话==，则证明此对象时不可用的。
GC Roots根节点：

类加载器、Thread、虚拟机栈的局部变量表、static成员、常量引用、本地方法栈的变量等等

四、+GC收集器

JVM GC收集器成员

0、`GC`收集器三指标：

占用的内存（Capacity）
延迟（Latency）
吞吐量（Throughput）

发展历程：Serial->Parallel->CMS->G1目前

1、Serial收集器

Serial 收集器是最基本、发展历史最悠久的收集器，jkd1.3之前的唯一收集器
单线程
重点：在它垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束

2、`ParNew`收集器

新生代收集器，
CMS默认搭配，
默认开启的线程数等于cpu数。
Serial的多线程版本。
==并行==收集：多条垃圾收集器同时工作，用户线程等待。
GC复制算法。

3、吞吐量优先收集器

又称：Prallel Scavenge收集器
新生代收集器
JDK8默认parallel Scavenge收集器
==并行==收集**：多条垃圾收集器同时工作，**用户线程等待。
GC复制算法
特点：以吞吐量优先。
- 吞吐量 = 代码运行时间 / (代码运行时间 + 垃圾收集时间)
高吞吐量（垃圾收集时间小）可以最高效率利用CPU时间，适合在后台运算，而不是太多交互的任务
（其不适合需要与用户交互的程序，良好的响应速度能提升用户的体验，此种场景CMS效果更好）。

4、Serial Old收集器

老年代收集器
单线程
标记清理算法
用途：
1. jdk1.5及以前与Prallel Scavenge搭配使用
2. 作为CMS备用方案
3. 用于Client模式（客户机模式）

5、Parallel Old收集器

JDK1.6 出现
老年代收集器
多线程；
标记清理算法
用途
- 代替Serial Old收集器；
- Server模式，多CPU 的情况下
- 在注重吞吐量时采用**Prallel Scavenge**和它组合使用

6、`CMS`收集器

全称：Concurrent Mark Sweep 并发低停顿收集器
==并发==收集：用户线程与垃圾收集器线程同时工作
最低停顿时间【也就是指Stop The World的时间】为目的
- Stop The World：暂停所有线程
标记清理算法
缺点：
1. CMS收集器对CPU资源非常敏感
2. 无法处理浮动垃圾（运行过程中产生的垃圾）
3. 大量空间碎片产生
整个收集过程
1. ：【初始标记】只标记没有跟GC ROOT 相连的对象 --> STW
2. ：【并发标记】CMS收集器一边收集一边标记
3. ：【并发预先清除】
4. ：【并发可能失败的预先清除】
5. ：【最终重新标记】将所有垃圾进行标记，确保万无一失 --> STW
6. ：【并发清除】用户线程可以进行，同时清理垃圾
7. ：【并发重置】重新回到第一步

7、`G1`收集器

server模式（面向服务器）
满足小停顿和大吞吐
官方推荐
引入分区的思路
标记清除算法
- 初始标记
- 并发标记
- 最终标记
- 筛选回收

`G1`执行过程

将内存平分成差不多大的多个区域，一个对象来的时候,如果有一个空白区域，直接把你的新对象放入进去，然后这一个区域变成了新生代，然后这个新生代满了以后也会进行回收，回收完后进行转移，这个对象大小超过了老年代的45%，它会把这个对象直接放入Humongous（巨大）区域，因为新生代装不下，在老年代满了之后通过fullGC来释放

`G1`的进化特征

（1）并发:

G1能充分利用CPU多核来缩短STW时间，而且G1并发（让java程序继续执行）

（2）分代收集

虽然G1不需要其他收集器配合就能独立管理整个GC堆，但是还是保留了分代的概念。

（3）空间整合:

与CMS的”标记-清理"算法不同，G1从整体是"标记整理"算法，但是从局部看是基于"复制"算法

（4）可预测的停顿:

这是G1相对于CMS的另一个大优势，降低停顿时间是G1和CMS共同的关注点，但G1除了这个，能让用户明确指定在一个长度为M毫秒的时间片段内。

如果只设置10ms，那么当然10ms是收集不完的，它会优先回收价值最大的Region(区域)

G1收集器出现了GC一般是Mix GC，如果发生了FULL GC，那么一般是你的项目出现了问题

缺点

垃圾回收的次数变多,硬件要求高

三、`G1`回收步骤

（1）名词解析

Minor GC 从年轻代空间（包括 Eden 和 Survivor 区域）回收内存。
Major GC 是清理老年代。
Mixed GC 是在G1收集器中独有的，用于收集整个young gen以及部分old gen的GC。
Full GC 是清理整个堆空间—包括年轻代、老年代及永久代（元数据空间）。

（2）回收步骤详解

`G1 Young GC`(`STW`)

当eden数据满了,则触发g1 YGC
并行的执行：
- YGC 将 eden region 中存活的对象拷贝到survivor,或者直接晋升到Old Region中；将Survivor Regin中存活的对象拷贝到新的Survivor或者晋升old region。
计算下一次YGC eden、Survivor的尺寸

`G1 Mix GC`

在G1 GC中，它主要是为Mixed GC提供标记服务的，并不是一次GC过程的一个必须环节。global concurrent marking的执行过程分为五个步骤：

初始标记（initial mark，STW）
- 在此阶段，G1 GC 对根进行标记。
根区域扫描（root region scan）
- G1 GC 在初始标记的存活区扫描对老年代的引用，并标记被引用的对象。该阶段与应用程序（非 STW）同时运行，并且只有完成该阶段后，才能开始下一次 STW 年轻代垃圾回收。
并发标记（Concurrent Marking）
- G1 GC 在整个堆中查找可访问的（存活的）对象。该阶段与应用程序同时运行，可以被 STW 年轻代垃圾回收中断
最终标记（Remark，STW）
- 该阶段是 STW 回收，帮助完成标记周期。G1 GC 清空 SATB 缓冲区，跟踪未被访问的存活对象，并执行引用处理。
清除垃圾（Cleanup，STW）
- 在这个最后阶段，G1 GC 执行统计和 RSet 净化的 STW 操作。在统计期间，G1 GC 会识别完全空闲的区域和可供进行混合垃圾回收的区域。清理阶段在将空白区域重置并返回到空闲列表时为部分并发。