柚子快報激活碼778899分享：JVM基礎知識整理

http://yzkb.51969.com/

JVM相關基礎知識

一、JVM基礎1、java從編譯到執(zhí)行

二、類加載器1、類的加載1.1 類加載過程1.2 什么情況下會對類進行初始化？1.3 new 一個對象的過程是怎樣的？

2、雙親委派模型2.1 模型組成2.2 工作原理2.3 優(yōu)點2.4.類加載器的加載過程源碼2.5 自定義類加載器的實現(xiàn)2.6 懶加載

三、JVM運行數(shù)據(jù)區(qū)1、JVM運行數(shù)據(jù)區(qū)可分為：方法區(qū)、堆、本地方法棧、虛擬機棧和程序計數(shù)器。2、一些補充2.1 介紹一下方法區(qū)2.2 對象一定分配在堆中嗎？

四、垃圾回收機制1、什么是新生代、老年代和永久代1.1 新生代1.2 老年代1.3 永久代

2、如何對象是否存活3、有哪些GC4、垃圾回收算法4.1 標記清除算法4.2 復制算法：4.3 標記整理算法4.4 分代算法

五、垃圾回收器1、Serial + Serial Old2、Parallel Scavenge + Parallel Old3、ParNew + CMS4、G1垃圾收集器

一、JVM基礎

1、java從編譯到執(zhí)行

一個x.java文件通過執(zhí)行javac變?yōu)閤.class文件，然后被ClassLoader加載到內存中，通過java類庫中的一部分類（如：Object，String等）也會被加載到內存中。Java即是編譯型的，也是解釋型語言，即混合型語言。常用代碼會被JIT即時編譯，提高效率?？偟膩碚fJava更接近解釋型語言。Java是跨平臺語言，JVM是跨語言平臺（只要是.class文件就能執(zhí)行）。JDK是Java開發(fā)工具包；JRE是Java運行環(huán)境；JVM是Java虛擬機。JDK包含JRE，JRE包含JVM。

二、類加載器

1、類的加載

1.1 類加載過程

loading （加載） —> linking（驗證 —> 準備 —> 解析） —> initializing（初始化）

加載：將java文件編譯成class文件。驗證：校驗class文件是否符合class文件的規(guī)范。準備：為靜態(tài)變量分配空間，則在此階段分配默認值。解析：將常量池中的符號引用替換為直接引用的過程。（有一部分符號引用會在使用時轉換為直接引用）初始化：執(zhí)行初始化方法的過程。加載靜態(tài)代碼塊，為靜態(tài)成員變量分配初始值等。

1.2 什么情況下會對類進行初始化？

jvm執(zhí)行new指令時。初始化一個類，但其父類未被初始化時，會優(yōu)先初始化父類。虛擬機啟動時，用戶需要定義一個執(zhí)行的主類即main()方法，會優(yōu)先初始化此類。首次訪問此類的靜態(tài)變量或者靜態(tài)方法時使用java.lang.reflect包下的方法進行反射調用如Class.forName()方法等

1.3 new 一個對象的過程是怎樣的？

如：T t = new T();

類的加載申請內存（賦默認值）調用構造方法（賦初始值）指針指向內存（賦值給t）

這里需要注意，在沒有volatile的情況下，3和4可能會發(fā)生指令重排序，即t先指向內存，后賦初始值。 可能會導致另一個線程拿到的值為默認值而非正確的初始化的值。（單例模式為什么要用volatile修飾）

2、雙親委派模型

2.1 模型組成

啟動類加載器：c++實現(xiàn)擴展類加載器應用程序類加載器自定義加載器

2.2 工作原理

當一個類需要被加載的時候，它不會直接執(zhí)行類加載，而是先把這個請求委托給父類加載器，直到把這個請求傳遞到啟動類加載器。如果父類加載器無法完成此次類加載，則會讓其子類嘗試執(zhí)行類加載。

2.3 優(yōu)點

避免類的重復加載。避免Java的核心API被篡改。

2.4.類加載器的加載過程源碼

在loadClass中，會通過類似遞歸的方式自底向上地檢查父加載器是否已經加載此類，如果全部沒有加載，則開始自頂向下地嘗試加載。如果最終仍然加載失敗，則拋出ClassNotFoundException。

// java.lang.ClassLoader

// 類加載過程源碼

protected Class loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {

synchronized (getClassLoadingLock(name)) {

// 校驗類是否已經被加載

Class c = findLoadedClass(name);

if (c == null) {

try {

if (parent != null) {

// 雙親委派，找父加載器去檢查加載。即自底向上地檢查。

c = parent.loadClass(name, false);

} else {

c = findBootstrapClassOrNull(name);

}

} catch (ClassNotFoundException e) {

}

if (c == null) {

// 上面沒有從緩存中找到加載信息，只能自己加載。即自頂向下地嘗試加載。

// 如果未被重寫，該方法直接拋出ClassNotFoundException。

// 所以實現(xiàn)自定義類加載器的核心是重寫此方法。

c = findClass(name);

}

}

if (resolve) {

resolveClass(c);

}

}

return c;

}

2.5 自定義類加載器的實現(xiàn)

繼承ClassLoader，重寫其findClass方法。通過name構造文件絕對路徑讀取文件。創(chuàng)建文件字節(jié)輸入流。創(chuàng)建字節(jié)數(shù)組輸出流。讀取輸入流，將數(shù)據(jù)寫入到輸出流。將字節(jié)數(shù)組輸出流裝換成二進制字節(jié)數(shù)組。調用ClassLoader的defineClass()方法用字節(jié)數(shù)組構造clazz對象。

public class MyClassLoader extends ClassLoader {

@Override

protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {

// 這里通過入?yún)?name 構造出文件的絕對路徑來獲取file。

File file = new File("");

try {

// 創(chuàng)建文件字節(jié)輸入流

FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(file);

// 創(chuàng)建字節(jié)數(shù)組輸出流

ByteArrayOutputStream byteArrayInputStream = new ByteArrayOutputStream();

int b;

while ((b = fileInputStream.read()) != 0) {

// 讀取輸入流，將數(shù)據(jù)寫入到輸出流

byteArrayInputStream.write(b);

}

// 將字節(jié)數(shù)組輸出流裝換成二進制字節(jié)數(shù)組

byte[] bytes = byteArrayInputStream.toByteArray();

byteArrayInputStream.close();

fileInputStream.close();

// 調用ClassLoader的defineClass()方法用字節(jié)數(shù)組構造clazz對象

return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

return super.findClass(name);

}

}

自定義類加載器的使用也非常簡單，即反射。

public static void main(String[] args) throws Exception {

ClassLoader classLoader = new MyClassLoader();

Class clazz = classLoader.loadClass("");

Object o = clazz.newInstance();

}

2.6 懶加載

懶加載其實就是按需加載，即當對象需要用到的時候再去加載相關的對象。

三、JVM運行數(shù)據(jù)區(qū)

1、JVM運行數(shù)據(jù)區(qū)可分為：方法區(qū)、堆、本地方法棧、虛擬機棧和程序計數(shù)器。

方法區(qū)（Method Area）：線程共有，主要用于存放類文件信息，靜態(tài)變量，常量以及即時編譯（JIT）后的代碼等數(shù)據(jù)。堆（Heap）：線程共有，JVM中內存最大的一塊， 主要用于存放對象實例，可分為新生代和老年代，是GC的主要區(qū)域。虛擬機棧（JVM Stacks）：線程私有，主要存放棧幀。每個方法執(zhí)行時都會在棧中創(chuàng)建一個棧幀，棧幀是由局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接和返回地址組成。動態(tài)鏈接指動態(tài)將常量池中符號引用轉化為直接引用。本地方法棧（Native Method Stacks）：線程私有，專門為JVM調用C和C++編寫的native方法服務。程序計數(shù)器（Program Counter Register）：線程私有，用于保存當前正在執(zhí)行的線程的字節(jié)碼地址。因為線程不具備記憶功能，所以需要程序計數(shù)器告訴線程該執(zhí)行哪一條字節(jié)碼。

2、一些補充

2.1 介紹一下方法區(qū)

方法區(qū)并不真實存在，屬于 Java 虛擬機規(guī)范中的一個邏輯概念，用于存儲已被 JVM 加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼緩存等。

在 HotSpot 虛擬機中，方法區(qū)的實現(xiàn)稱為永久代（PermGen），但在 Java 8 及之后的版本中，已經被元空間（Metaspace）所替代，方法區(qū)的內存大小取決于系統(tǒng)內存的大小。

2.2 對象一定分配在堆中嗎？

隨著 JIT 編譯期的發(fā)展與逃逸分析技術逐漸成熟，所有的對象都分配到堆上也漸漸變得不那么“絕對”了。其實，在編譯期間，JIT 會對代碼做很多優(yōu)化。其中有一部分優(yōu)化的目的就是減少內存堆分配壓力，其中一種重要的技術叫做逃逸分析。

逃逸分析（Escape Analysis）技術

編譯器可能會將一些原本應該在堆上分配的對象優(yōu)化為在棧上分配。這通常發(fā)生在對象的作用域明確并且不會逃逸出它的創(chuàng)建方法時。

逃逸分析的好處

棧上分配：如果確定一個對象不會逃逸到線程之外，那么久可以考慮將這個對象在棧上分配，對象占用的內存隨著棧幀出棧而銷毀，這樣一來，垃圾收集的壓力就降低很多。 同步消除：線程同步本身是一個相對耗時的過程，如果逃逸分析能夠確定一個變量不會逃逸出線程，無法被其他線程訪問，那么這個變量的讀寫肯定就不會有競爭， 對這個變量實施的同步措施也就可以安全地消除掉

四、垃圾回收機制

1、什么是新生代、老年代和永久代

1.1 新生代

主要用于存放新生的對象，占據(jù)堆內存的1/3。由于頻繁創(chuàng)建對象，新生代會進行頻繁的Minor GC。新生代分為三塊區(qū)域：Eden、ServiceFrom和ServiceTo。

Eden區(qū)：新創(chuàng)建的對象會被放入Eden區(qū)，如果對象過大則直接分配老年代。當Eden區(qū)內存不夠時會觸發(fā)Minor GC，而大多數(shù)對象都是朝生夕死，對于存活對象則是進入ServiceTo區(qū)或ServiceFrom區(qū)。ServiceTo：一次Minor GC后Eden區(qū)或ServiceFrom存活的對象會被復制到此區(qū)域。ServiceFrom：一次Minor GC后Eden區(qū)或ServiceTo存活的對象會被復制到此區(qū)域。

ServiceTo和ServerFrom區(qū)本質上沒什么區(qū)別，循環(huán)使用于存放GC后存活的對象。每次存活后對象的年齡加1，年齡到達15后依然存活的對象會被分配到老年代。 Minor GC一般采用復制算法。

1.2 老年代

用于存放大對象或者存活時間很長的對象，占據(jù)堆內存的2/3。老年代的對象比較穩(wěn)定，所以Major GC不會頻繁執(zhí)行。 進入老年代的方式有三種：

對象存活時間長，默認年齡為15。對象很大。動態(tài)年齡判斷：按年齡從小到大將對象累加，如果加入某個年齡的對象后內存超過一半，則從該年齡開始，往上的年齡都進入老年代。

在對象進入老年代后，如果老年代空間不足，則會觸發(fā)Major GC。如果老年滿了裝不下了，則會OOM。 Major GC一般采用標記清除或標記整理算法。

1.3 永久代

Java8后永久代被移除，被元空間（Meta Space）取代。

元空間不是方法區(qū)，而是方法區(qū)的一種實現(xiàn)。元空間并不使用JVM的內存，而是使用操作系統(tǒng)的本地內存。元空間主要用于存放Class信息以及元數(shù)據(jù)信息。元空間不會觸發(fā)GC。

2、如何對象是否存活

對象不存活就是垃圾。

引用計數(shù)法 一個對象，如果被引用則計數(shù)器加1，引用失效則計數(shù)器減1。 如果計數(shù)器值為0，則表示該對象不在被引用，可以進行回收。 但有一個致命缺點：無法處理循環(huán)依賴。導致沒有任何地方使用此方式。 可達性分析法 以根對象（GC root）為起點，搜索被根對象集合所連接的目標對象是否可達。 可作為GC Roots 的對象有： 1、虛擬機棧里的變量。 2、方法區(qū)中的靜態(tài)屬性引用的對象。 3、方法區(qū)中的常量引用的對象。 4、native方法引用的對象。

3、有哪些GC

MInor GC：新生代Eden區(qū)滿時觸發(fā)。Major GC：老年代內存滿時觸發(fā)。Full GC：清除整個堆空間，通常和Major GC等價。

4、垃圾回收算法

4.1 標記清除算法

概述：標記無用對象，然后進行清除回收。一共分為兩個階段：標記階段和清除階段，所以該算法需要掃描兩次。優(yōu)點：實現(xiàn)簡單，不需要對對象進行移動。缺點：需要兩次掃描；會產生內存碎片，提高了GC的頻率。使用：多用于老年代。

4.2 復制算法：

概述：將內存劃為兩個相等的區(qū)域，每次只使用一個區(qū)域存放數(shù)據(jù)。垃圾回收時，將存活對象復制到另一個區(qū)域，然后將當前區(qū)域回收。優(yōu)點：無內存碎片；只掃描一次，效率高。缺點：將可用內存縮小為原來的一半，并且在對象存活率高的時候會頻繁進行GC。使用：多用于新生代。

4.3 標記整理算法

概述：在標記可回收的對象后將所有存活的對象壓縮到內存的一端，然后對端邊界以外的內存進行回收。需要兩次掃描。優(yōu)點：不會存在內存碎片。缺點：需要兩次掃描，并且需要對對象進行移動，效率偏低。使用：多用于老年代。

4.4 分代算法

對新生代中的對象采用復制算法，對老年代的對象采用標記清除或標記整理算法。

五、垃圾回收器

1、Serial + Serial Old

這是一組單線程垃圾回收器，并且GC線程在運行時會STW。

2、Parallel Scavenge + Parallel Old

相比于Serial + Serial Old垃圾收集器，PS+PO的組合優(yōu)點在于可以通過多線程（默認為CPU數(shù)量）進行垃圾回收，但是PS+PO依然會STW。

3、ParNew + CMS

ParNew收集器就是PS收集器為了兼容CMS做了部分改進產生的。 CMS 收集器是一種以最短回收停頓時間為目標的收集器，以 “ 最短用戶線程停頓時間 ” 著稱。整個垃圾收集過程分為 4 個步驟：

初始標記：標記一下 GC Roots 能直接關聯(lián)到的對象，速度較快。會STW。并發(fā)標記：標記出全部的垃圾對象，并且此時用戶線程依然在運行，所以會有新的垃圾產生。垃圾回收的絕大部分耗時都在此階段。重新標記：修正并發(fā)標記階段因用戶程序繼續(xù)運行而導致垃圾對象的標記記錄（可能不再是垃圾）。但并發(fā)標記產生的新垃圾無法處理，即產生浮動垃圾。會STW。并發(fā)清除：用標記-清除算法清除垃圾對象（所以CMS會產生內存碎片）,可以和用戶線程并發(fā)執(zhí)行。

CMS收集器缺點：

對 CPU 資源敏感：默認分配的垃圾收集線程數(shù)為（CPU 數(shù)+3）/4，隨著 CPU 數(shù)量下降，占用 CPU 資源越多，吞吐量越小。無法處理浮動垃圾（Floating Garbage）：由于存在浮動垃圾，并且在并發(fā)標記階段用戶線程也在并發(fā)執(zhí)行，CMS 收集器不能像其他收集器那樣等老年代被填滿時再進行GC，需要預留一部分空間提供用戶線程運行使用。當 CMS 運行時，預留的內存空間無法滿足用戶線程的需要，就會出現(xiàn) “ Concurrent Mode Failure ”的錯誤，這時將會啟動后備預案，臨時用 Serial Old 來重新進行老年代的垃圾收集。

4、G1垃圾收集器

在JDK1.9后，G1成為了默認的垃圾回收器。并且G1垃圾回收期在邏輯上分代，物理上不分代。

G1的堆區(qū)在分代的基礎上，引入分區(qū)的概念：

G1將堆分成了若干Region，這些分區(qū)不要求是連續(xù)的內存空間。Region的大小可以通過G1HeapRegionSize參數(shù)進行設置，其必須是2的冪，范圍允許為1Mb到32Mb。JVM的會基于堆內存的初始值和最大值的平均數(shù)計算分區(qū)的尺寸，平均的堆尺寸會分出約2000個Region。分區(qū)大小一旦設置，則啟動之后不會再變化。分區(qū)可以有效利用內存空間，因為收集整體是使用“標記-整理”，Region之間基于“復制”算法，GC后會將存活對象復制到可用分區(qū)（未分配的分區(qū)），所以不會產生空間碎片。

G1收集器的運作大致可以分為以下步驟：

初始標記：標記出 GC Roots 直接關聯(lián)的對象，并且修改TAMS（Next Top at Mark Set）的值，讓下一個階段用戶程序并發(fā)運行時，能在正確可用的Region中創(chuàng)建新對象，會STW。并發(fā)標記：從GC Root 開始對堆中的對象進行可達性分析，找出存活對象。最終標記：修正并發(fā)標記階段因用戶程序繼續(xù)運行而導致垃圾對象的標記記錄（可能不再是垃圾），并且虛擬機將這段時間對象變化記錄在線程Remembered Set Logs里面，最終標記需要把Remembered Set Logs的數(shù)據(jù)合并到Remembered Sets中，這個階段耗時較長，但可以和用戶線程并發(fā)執(zhí)行。會STW。篩選回收：篩選回收階段會對各個 Region 的回收價值和成本進行排序，根據(jù)用戶所期望的 GC 停頓時間來指定回收計劃（用最少的時間來回收包含垃圾最多的區(qū)域，這就是 Garbage First 的由來——第一時間清理垃圾最多的區(qū)塊），這里為了提高回收效率，并沒有采用和用戶線程并發(fā)執(zhí)行的方式，而是STW。

柚子快報激活碼778899分享：JVM基礎知識整理

http://yzkb.51969.com/

文章鏈接