JVM初步了解

踏上旅途的风

于 2023-03-12 01:25:37 发布

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分类专栏： java基础文章标签： java

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序章 JVM探究

对JVM的理解？

java文件经过javac的编译形成class文件，进入JVM虚拟机运行

运用条件模式

java8虚拟机和之前的变化？

OOM？

栈溢出StackOverFlowError？怎么分析

JVM常用调优参数有哪些？

扩大运行时内存

内存快照如何抓取，怎么分析Dump文件？

JVM中，类加载器你的认识？

rt-jar ext application

问题：

JVM的位置

JVM的体系结构

类加载器

双亲委派机制

沙箱安全机制

Native

PC寄存器

方法区

三种JVM

新生区、老年区

永久区

堆内存调优

GC 垃圾回收器

常用算法：复制、标记、标记压缩、标记清除

总结

一、JVM的位置

JVM（由C编写）运行在操作系统之上，互相交互

java编译后运行在JVM上

二、JVM的体系结构

三、类加载器

ClassLoader作用：加载Class文件

new 对象：将抽象类变为具体实例；

实例引用在栈中（数据存放地址）；数据（具体信息）放在堆中

类是模板，抽象的；对象是具体的

不同对象，哈希值一定要不一样；同一对象，哈希值一定一样；哈希值一样，不一定是同一对象（哈希值通过计算，存在巧合）

虚拟机自带加载器；

启动类（根）加载器BootStrap；

扩展类加载器 ExtClassLoader；是AppClassLoader的父类,在扩展包 \jre\lib\ext

ExtClassLoader的父类java获取不到，为rt.jar

应用程序（系统）加载器 AppClassLoader；

四、双亲委派机制

安全机制（防止故意修改上层内容，例：java.lang）：从下层向上查找，最上层没有，再向下，直到找到最开始出现的位置

AppClassLoader--》ExtClassLoader--》BootStrap

类加载器收到类加载的请求；该请求委托给父类加载器完成，一直向上委托，直到启动类加载器；启动加载器检查是否能加载当前类，能，结束，使用当前加载器；否则，抛出异常，通知子加载器加载，重复该步骤；

经典错误：Class Not Found

Null：java调用不到，底层由C和C++编写

java=C++-- 由C++去掉繁琐东西，指针和内存管理

五、沙箱安全机制（了解）

java安全模型核心就是java沙箱（sandbox），沙箱是一个限制程序运行的环境。沙箱机制将java代码限定在虚拟机的指定运行范围中，严格限制代码对本地资源访问，保证对代码的有效隔离，防止对本地系统的破坏。

沙箱主要限制系统资源访问！包括CPU、内存、系统文件、网络，根据对资源访问的限制，有不同的沙箱级别。所有java程序运行都可以指定沙箱，定制安全策略，

JDK1.0安全模型，java将执行程序分成本地代码和远程代码；本地代码默认可信任，访问一切本地资源；远程代码，不受信任，安全依赖沙箱机制。

JDK1.1安全模型，1.0严格的安全机制为程序功能扩展带来障碍，如远程代码访问本地文件无法实现；因此1.1改进安全机制，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。

JDK1.2安全模型，再次改进，增加了代码签名，不论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（不同的权限组和沙箱），实现差异化代码执行权限控制。

JDK1.6安全模型，最新的安全机制实现，引入域（Domain）。JVM将所有代码加载到不同的系统和应用域，系统域部分专门负责与关键资源交互；各个应用域部分通过系统域部分代理来对各种需要的资源进行访问。不同的受保护域（Protected Domain），对应不一样的权限（Permission），对于不同域中的类文件，就具有了当前域的全部权限。（windows系统）（jvm内存溢出行为会被限制进行）

组成沙箱的基本组件：

字节码校验器（bytecode verifier）：确保java类文件遵循java语言规范。帮助java程序实现内存保护。并不是所有类文件都会经过字节码校验，如核心类（java、javax）

类装载器（class loader）：在三个方面对java沙箱起作用，

防止恶意代码干涉善意代码

守护被信任的类库边界

将代码归入保护域，确定代码可以进行的操作（如外部代码不可以调c）

采用双亲委派机制：严格通过包来区分访问区域，外层恶意类通过内置代码也无法获得权限访问到内层类，无法破坏代码

存取控制器（access controller）：可以控制核心API对操作系统的存取权限，该控制策略设定可以由用户指定

安全管理器（security manager）：核心API和操作系统间主要接口，实现权限控制，比存取控制器优先级高

安全软件包（security package）：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

加密

鉴别

六、Native（掌握）

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！

进入本地方法栈

调用本地方法接口：JNI---- Java Native Interface

JNI作用：扩展java的使用，融合不同的编程语言为java所用。最初目的：融合C、C++（当初二者横行）

内存区域中专门开辟了一块标记区域：Native Method Stack，登记native方法

最终执行的时候，加载本地方法库中的方法需要JNI

调用其他语言的方法：

通过接口调用方法：Socket..WebService..http

Native应用实例：（企业级应用中较少）

java程序驱动打印机

管理系统

Robot

混合语言实例：

球球爱心网：--》输入（PHP）--》NodeJS--》Socket--》C++--》刷爱心

七、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，是线程私有的，本质是一个指针，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，即将要执行的指令代码），执行引擎读取下一条指令是一个非常小的内存空间，可忽略不计

八、方法区

Method Area ：方法区

方法区被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊的方法，如构造函数，接口代码也在此定义，所有定义的方法的信息都保存在此区域，属于共享空间

静态变量static、常量final、类信息Class模板（构造方法、接口定义）、运行时的常量池存在方法区中，但是实例变量存在堆内存中，和方法区无关

public class Test{
    //运行时的常量池存在方法区中
    private int a;
    private String name = "qing";
    
    public static void main(String[] args){
        Test test = new Test();
        //实例变量存在堆内存中
        test.a=1;
        test.name="hihihi";
    }
}

九、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（仅吃饭）

栈：先进后出、后进先出，如：弹夹压子弹；

栈内存，主管程序的运行，生命周期和线程同步；

线程结束，栈内存释放，对于栈类来说，不存在垃圾回收问题；

一旦线程结束，栈便Over；

栈存放内容：

8大基本类型+对象引用+实例方法

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

喝多了吐，栈；吃多了拉，队列；

1.为什么main()方法先执行，最后结束

main方法执行后最先被压入栈内，随后是其他方法，栈是先进后出，当其他方法弹出栈后，main才会弹出，程序执行结束。

2.栈内存溢出：StackOverflowError

死循环中，方法被无限的压入栈中，无法弹出，会超出栈的存储极限，造成错误。

例：A调B，B调A；A和B轮番被压入栈中ABABAB；该情况无法跳出结束；

3.栈运行原理：栈帧

栈满了：StackOverflowError

4.栈+堆+方法区的交互关系

java本质是值传递

5.栈中存的内容，怎么存？

待完善

6.画出一个对象实例化的过程在内存中：

待完善

十、三种JVM

sun公司： HotSpot（学习此版本） Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.211-b12, mixed mode)

BEA JRockit

IBM J9 VM：平台硬件系统绑定，有局限

十一、堆

Heap：一个JVM只有一个堆内存，堆内存的大小是可调节。

程序运行后，可以调节堆内存参数；

类加载器读取类文件后，堆中存放类、方法、常量、变量，保存所有引用对象的真实对象；

堆内存中细分三个区域：

新生区（伊甸园区） Young/New

养老区 old

永久区 Perm

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（无限new新生区）；

JDK8以后，永久区Perm变更为元空间

十二、新生区、老年区

新生区：

类诞生和成长的地方，甚至死亡；

伊甸园：所有对象都是在伊甸园区new出来的

每次GC后，都会将活的对象移到幸存区中；GC结束后，伊甸园是空的

幸存区（0,1）：

伊甸园存储对象满，启动轻GC，存活对象（还存在引用）（包括1区中存活的）进入幸存0区

0和1区之间动态互换(from to)；每次清理都会换位置；

谁空谁是to；二者必有一空；

养老区：

养老区全满后，触发重GC，新生区和养老区都进行清理，存活者进入养老区

一个对象经历15次GC（默认值）还存活，进入养老区

-XX:MaxTenuringThreshold=5

新生区和养老区都满后，触发OOM

99%对象都是临时对象；

十三、永久区

jdk1.6之前：永久代，常量池在方法区

jdk1.7：永久代，退化，去永久代，常量池在堆中

jdk1.8之后：无永久代，常量池在元空间；

该区域常驻内存，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，该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；不断加载，直到内存满，出现OOM；

十四、堆内存调优

OOM(常见问题):

尝试扩大堆内存看结果

分析内存，看问题具体位置（专业工具）

-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails

-Xms8m -Xmx8m -XX:+PrintGCDetails

package com.yanfeng;

/**
 * OOM分析：
 * 扩大堆内存
 */
public class Demo {
    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();
        //返回jvm的总内存
        long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();

        //max=1884815360字节	1797.5MB
        System.out.println("max="+max+"字节\t"+(max/(double)1024/1024)+"MB");
        //total=128974848字节	123.0MB
        System.out.println("total="+total+"字节\t"+(total/(double)1024/1024)+"MB");

        //默认情况：分配总内存 是电脑内存的1/4，初始化内存：1/64

        //-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails

        /**
         max=1029177344字节	981.5MB
         total=1029177344字节	981.5MB
         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 3162K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
         class space    used 344K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
         */

        // 新生区305664K+ 永久区699392K = 981.5MB
    }
}

十五、使用Jprofiler工具分析OOM原因

1.项目中的OOM问题，排除方式和错误原因

找到代码出错行数：内存快照分析工具，MAT（eclipce集成工具）、Jprofiler

Debug，分析代码

2.MAT，Jprofiler作用：

分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏；

获得堆中数据；

获得大的对象；

3.Jprofiler安装

idea下载插件：Jprofiler

安装Jprofiler软件

重启idea后，在settings--》Tools--》Jprofiler

绑定E:\Program Files\jprofiler9\bin\jprofiler.exe

存在OOM问题的类，设置-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError，生成问题汇总文件（在工程项目文件夹下），通过JProfile软件进行精确的问题定位；

主要看Biggest Objects中的占用信息；快速定位问题出现处

// -Xms 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:+HeapDumpOnOutOfMemoryError //oom DUMP
//-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

public class Demo01 {
    byte[] array = new byte[1*1024*1024];//1m

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Demo01> list = new ArrayList<>();
        int count = 0;

        try {
            while (true){
                list.add(new Demo01());//问题所在
                count++;
            }
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("count="+count);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}