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01_JVM_第一次学习整理

ByteNews
2019-08-05 / 0 评论 / 0 点赞 / 26,307 阅读 / 5,144 字 / 正在检测是否收录...
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01_JVM_第一次学习整理

JVM-简析

01_JVM_JVM组成结构1

01_JVM_JVM组成结构2

Thread.State;

  1. NEW:就绪状态
  2. RUNNABLE:运行中
  3. BLOCKED:阻塞
  4. WAITING:等待
  5. TIMED_WAITING:等待一定时间
  6. TERMINATED:终结

Java native Interface(JNI):用底层JVM本地库接口,去调操作系统底层的函数库,说白点就是调用C了;

  1. Class Loader类加载器

    负责加载class文件,class文件在文件开头有特定的文件标示,并且ClassLoader只负责class文件的加载,至于它是否可以运行,则由Execution Engine决定。

  2. Native Interface

    本地接口的作用是融合不同的编程语言为Java所用,它的初衷是融合C/C程序,Java诞生的时候是C/C横行的时候,要想立足,必须要调用C/C++程序,于是就在内存中专门开辟了一块区域处理标记为native方法,它的具体做法是Native Method Stack中登记nativ方法,在Execution Engine执行的时候加载native libraies。

    目前该方法使用的越来越少了,除非是与硬件有关的应用,比如通过Java程序驱动打印机,或者Java系统管理生产设备,在企业级应用中已经比较少见了。

    因为现在的异构领域间通信很发达,比如可以使用Socket通信,也可以使用WebService等等,不多做介绍。

  3. Method Area 方法区

    方法区是被所有线程共享的,所有字段和方法字节码,以及一些特殊方法如构造函数,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+运行时常量池存在方法区中+实例变量存在堆内存中

  4. PC Register程序计数器

    每个线程都有一个程序计数器,就是一个指针,指向方法中的方法字节码(下一个将要执行的指令代码),由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。

  5. Native Method Stack 本地方法栈

    它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法,在Execution Engine执行时加载native libraies。

  6. Stack栈是什么

    栈也叫栈内存,主管Java程序的运行,是在线程创建时创建,它的生命期是跟随线程的生命期,线程结束栈内存也就释放,对于栈来说不存在垃圾回收问题,因为只要线程一结束该栈就Over,生命周期和线程一致,是线程私有的。基本类型的变量和对象的引用变量都是在函数的栈内存中分配

    • 栈存储什么?

      栈帧中主要保存三类数据:

      • 本地变量(Local Variables):输入参数和输出参数以及方法内的变量;
      • 栈操作(Operand Stack):记录出栈、入栈的操作;
      • 栈帧数据(Frame Data):包括类文件、方法等等;
    • 栈运行原理:

      栈中的数据都是以栈帧(Stack Frame)的格式存在,栈帧是一个内存区块,是一个数据集,是一个有关方法(Method)和运行期数据的数据集,当一个方法A被调用的时候就产生一个栈帧F1,并被压入栈中,A方法又调用B方法,于是产生栈帧F2也被压入栈,B方法又调用了C方法,于是产生栈帧F3也被压入栈......执行完毕后,先弹出F3栈帧,再弹出F2栈帧,再弹出F1栈帧......

      遵循**“先进后出”/“后进先出”**的原则;

  7. 01_JVM_JavaStack图

    • java.lang.StackOverflowError

      01_JVM_JavaStack图2

    • 判断JVM优化是哪里?
      01_JVM_JVM运行时数据

    • 三种JVM

    • Sun公司的HotSpot;

    • BEA公司的JRockit;

    • IBM公司的J9 VM;

  8. Heap堆

    01_JVM_堆内存示意图

    一个JVM实例只存在一个堆内存,堆内存的大小是可以调节的。类加载器读取了类文件之后,需要把类、方法、常变量放到堆内存中,保存所有的引用类型的真实信息,以方便执行器执行,堆内存分为三部分:

    • Young Generation Space 新生区 Young

      新生去是类的诞生、成长、消亡的区域,一个类在这里产生,应用,最后被垃圾回收器收集,结束生命。新生区又分为两部分:伊甸区(Eden space)和幸存区(Survivor space),所有的类都是在伊甸区被new出来的。

      幸存区有两个:0区(Survivor 0 space)和1区(Survivor 1 space)。当伊甸区的空间被用完时,程序又需要创建对象,JVM的垃圾回收器将对伊甸区进行垃圾回收(Minor GC),将伊甸区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁,然后将伊甸区中的剩余对象移动到幸存0区。若幸存0区也满了,再对该区进行垃圾回收,然后移动到1区。那如果1区也满了呢?再移动到养老区。若养老区也满了,那么这个时候将产生Major GC(FullGC),进行养老区的内存清理。若养老区执行了Full GC之后发现依然无法进行对象的保存,就会产生OOM异常【OutOfMemoryError】;

      如果出现java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space异常,说明Java虚拟机的堆内存不够。原因有二:

      • Java虚拟机的堆内存设置不够,可以通过参数-Xms、-Xmx来调整。
      • 代码中创建了大量大对象,并且长时间不能被垃圾收集器收集(存在被引用)。
    • Tenure Generation Space 养老区 Old

      养老区用于保存从新生区筛选出来的Java对象,一般池对象都在这个区域活跃。

    • Permanent Space 永久区 Perm

      永久存储区是一个常驻内存区域,用于存放JDK自身所携带的Class,Interface的元数据,也就是说它存储的是运行环境必须的类信息,被装在进此区域的数据是不会被垃圾回收器收掉的,关闭JVM才会释放此区域所占用的内存。

      如果出现java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space,说明是Java虚拟机对永久代Perm内存设置不够。一般出现这种情况,都是程序启动需要加载大量的第三方jar包。例如:在一个Tomcat下部署了太多的应用,或者大量动态反射生成的类不断被加载,最终导致Perm区被栈满。

      • JDK1.6及以前:有永久代,常量池1.6在方法区;
      • JDK1.7: 有永久代,但已经逐步“去永久代”,常量池1.7在堆;
      • JDK1.8:及以后:无永久代,常量池1.8在元空间;
  9. 01_JVM_jdk7程序内存划分小总结1

  10. 01_JVM_jdk7程序内存划分小总结2

  11. 01_JVM_jdk7程序内存划分小总结3

  12. 01_JVM_jdk7程序内存划分小总结4

  13. 01_JVM_jdk1.7gc图

  14. 01_JVM_jdk1.8gc图

  15. 01_JVM_gc-3

  16. 01_JVM_gc-3-1

  17. 01_JVM_gc-3-2

  18. 01_JVM_gc-3-3

  19. 01_JVM_gc-3-4

    GC是什么?

    • 频繁收集Young区
    • 较少收集Old区
    • 基本不动Perm区

    JVM在进行GC时,并非每次都对上面三个内存区域一起回收的,大部分时间回收都是指新生代。

    因此GC按照回收的区域又分了两种类型,一种是普通GC(minor GC),一种是全局GC(major GC or Full GC)

    • 普通GC(minor GC):只针对新生代区域的GC;
    • 全局GC(major GC or Full GC):针对老年代的GC,偶尔伴随对新生代GC以及对永久代的GC;
  20. 普通GC(minor GC)一般发生在新生代,频繁发生,此区域用到的算法是复制算法(Copying);

    Minor GC会把Eden中所有活的对象都移到Survivor区域中,如果Survivor去中放不下,那么剩下的活的对象就被移动到Old generation中,也就是说一旦收集后,Eden就变成空了。

    当对象在Eden(包括一个Survivor区域,这里假设是from区域)出生后,在经历一次Minor GC后,如果对象还存活,并且能够被另一块Survivor区域所容纳(上面已经假设是from区域,这里应为to区域,即to区域有足够的内存空间来存储Eden和from区域中存活的对象),则使用复制算法将这些仍然还存活的对象复制到另一块Survivor区域(即to区域)中,然后清理所使用过的Eden以及Survivor区域(即from区域),并且将这些对象的年龄设置为1,以后对象在Survivor区域每熬过一次Minor GC,就将对象的年龄+1,当对象的年龄达到某个值时(默认是15岁,通过**-XX:MaxTenuringThreshold**【设置对象在新生代中存活的次数】来设定参数),这些对象就会成为老年代。

    谁空谁是to,复制之后要交换

  21. 年轻代中的GC,主要是复制算法(Copying)

    HotSpot JVM把年轻代分为了三个部分:1个Eden区和两个Survivor区(分别叫from和to)。默认比例是8:1:1,一般情况下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之后,如果存活,就会被移到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。因为年轻代中的对象基本都是朝生夕死(80%以上),所以在年轻代的垃圾回收算法使用的是复制算法,复制算法的基本思想就是讲内存分为两块,每次只用其中一块,当这一块内存用完,就将还活着的对象复制到另一块上面,复制算法不会产生内存碎片,但是会浪费一成的空间

    在GC开始的时候,对象只存在于Eden区和名为“From”的Survivor区,Survivor区“TO”是空的。紧接着进行GC,Eden区中所有存活的对象都会被复制到“TO”,而在“From”区中,仍存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向。年龄达到一定值(年龄阈值,可以通过**-XX:MaxTenuringThreshold**来设置)的对象会被移动到年老代中,没有达到阈值的对象会被复制到“TO”区域。**经过这次的GC后,Eden区和From区已经被清空,这个时候,“From”和“TO”会交换他们的角色,也就是新的“TO”就是上次GC前的“From”,新的“From”就是上次GC前的“TO”。**不管怎样,都会保证名为“TO”的Survivor区域是空的。Minor GC会一直重复这样的过程,直到“TO”区域被填满,“TO”区域被填满后,会将所有的对象都移动到年老代中。

  22. GC图解

    因为Eden区对象一般存活率较低,一般的,使用两块10%的内存作为空闲和活动区间,而另外80%的内存,则是用来给新建对象分配内存的,一旦发生GC,将10%的活动区间与另外80%中存活的对象转移到10%的空闲区间,接下来,将之前90%的内存全部释放,以此类推。

  23. 复制算法弥补了标记-清除算法中,内存布局混乱的缺点。不过与此同时,它的缺点也是相当明显的。

    • 它浪费了一半的内存,这太要命了。
    • 如果对象的存活率很高,我们可以极端一点,假设是100%存活,那么我们需要将所有的对象都复制一遍,并将所有引用地址重置一遍。复制这一工作所需要花费的时间,在对象存活率达到一定程度时,将会变得不可忽视。
    • 所以从以上描述不难看出,复制算法想要使用,最起码对象的存活率要非常低才行,而且最重要的是,我们必须要克服50%内存的浪费。
  24. 老年代一般是由标记-清除或者是标记-清除与标记-整理的混合实现

  25. 标记-清除(Mark-Sweep)

    01_JVM_标记清除图解

    劣势:

    • 首先,它的缺点就是效率比较低(递归和全堆对象遍历),而且在进行GC的时候,需要停止应用程序,这回导致用户体验非常差劲。
    • 其次,主要的缺点泽森这种方式清理出来的空闲内存是不连续的,这点不难理解,我们死亡的对象都是随机出现在内存的各个角落的,现在把它们清除后,内存的布局自然会乱七八糟。而为了应付这点,JVM就不得不维持一个内存的空闲列表,这又是一种开销。而且在分配数组对象的时候,寻找连续的内存空间会不太好找。
  26. 标记-整理(Mark-Compact)

    存活的打标记

    01_JVM_标记整理图解

    劣势:

    • 标记-整理算法唯一的缺点就是效率也不高,不仅要标记所有存活的对象,还要整理所有存活对象的引用地址。从效率上说,标记-整理算法要低于复制算法。
  27. 总结:

    • 内存效率:复制算法>标记-清除算法>标记-整理算法(此处的效率只是简单对比时间复杂度,实际情况不一定如此);

    • 内存整齐度:复制算法=标记-整理算法>标记-清除算法。

  • 内存利用率:标记-整理算法=标记-清除算法>复制算法

    可以看出,效率上来说,复制算法是当之无愧的老大,但是却浪费了太多内存,而为了尽量兼顾上面所提到的三个指标,标记-整理算法相对来说更平滑一些,但效率上依然不尽如人意,它比复制算法多了一个标记的阶段,又比标记-清除算法多了一个整理内存的过程。

    难道就没有一种最优算法吗?

    答案:无,没有最好的算法,只有最合适的算法==>分代收集算法

  1. 问题:
    • JVM内存模型以及分区,需要详细到每个区放什么。
    • 堆里面的分区:Eden,Survivor From TO,老年代,各自的特点。
    • GC的三种收集方法:标记-清除、标记-整理、复制算法的原理与特点。
    • Minor GC和Full GC分别在什么时候发生。
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