Java Virtual Machine Java程序的运行环境

JVM组成

• 程序计数器

  • 线程私有的，内部保存的字节码的行号。用于记录正在执行的字节码指令的地址。

• Java堆

  • 线程共享的区域: 主要用来保存对象实例, 数组等, 当堆中没有内存空间可分配给实例也无法再扩展时, 则抛出OutOfMemoryError异常
  • 组成: 年轻代+老年代
  • JDK1.7中存在一个永久代, 存储的是类信息, 静态变量, 常量, 编译后的代码
  • JDK1.8移除了永久代, 把数据存储到本地内存的元空间中防止内存溢出

• 虚拟机栈

  • 每个线程运行时所需要的内存称为虚拟机栈, 先进后出
  • 每个线程只有一个活动栈帧, 对应着当前正在执行的那个方法
  • 栈内存不是越大越好, 栈帧过大会导致线程数变少
  • 栈内存溢出
    • 栈帧过多导致栈内存溢出–递归调用
    • 栈帧过大

• 运行数据区中的方法区Method Area

  • 方法区是各个线程共享的内存区域, 主要存储类的信息, 运行时常量池, 虚拟机启动时创建, 关闭虚拟机时释放
  • 如果方法区域中的内存无法满足分配请求，则会抛出OutOfMemoryError: Metaspace
  • 常量池:
    • 可以看作一场表, 虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名, 方法名、参数类型、字面量等信息
    • 运行时常量池: 当类被加载，它的常量池信息就会放入运行时常量池，并把里面的符号地址变为真实地址

• 直接内存

  • 直接内存并不属于JVM的内存结构, 不由JVM进行管理, 时虚拟机的系统内存,
  • 常见于NIO操作时, 用于数据缓冲区, 他分配回收成本较高, 但读写性能高

类加载器

• 类加载器
  • 用于装载字节码文件(.class文件)–JVM只会运行二进制文件, 类加载器的作用就是将字节码文件加载到JVM中, 从而让Java程序能够启动起来.
  • 启动类加载器, 扩展类加载器, 应用类加载器(加载开发者自己编写的Java类), 自定义类加载器( 实现自定义类加载规则)
  • 双亲委派模型
    • 加载某一个类, 委托上一级的加载器进行加载, 如果上级加载器也有上级, 则会继续向上委托, 如果该类委托上级没有被加载, 自家在其尝试加载该类
  • 通过双亲委派机制可以避免某一个类被重复加载，当父类已经加载后则无需重复加载，保证唯一性。
  • 为了安全，保证类库API不会被修改
• 类装载的执行过程
  • 加载
  • ->验证–格式检查, 语法检查
  • ->准备–为类变量分配内存并设置类变量初始值
  • ->解析–把类中的符号引用转换为直接引用
  • ->初始化–对类的静态变量, 静态代码块执行初始化操作
  • ->使用–JVM开始从入口方法执行用户的程序代码
  • ->卸载–当用户程序代码执行完毕后, JVM便开始销毁创建的Class对象

垃圾回收

• 对象什么时候可以被垃圾回收

  • 引用计数法–引用次数为0时代表这个对象可回收
    • 当对象间出现了循环引用的话, 则引用计数法就会失效
  • 可达性分析算法–利用可达性分析来探索所有存活的对象

• JVM垃圾回收算法

  • 标记清除算法
    • 标记–可达性分析算法
    • 标记就和清除速度较快, 但内存碎片化
  • 标记整理算法
    • 再标记清除算法前提下, 标记压缩算法多了一步，对象移动内存位置的步骤，其效率也有有一定的影响。
  • 复制算法
    • 将垃圾复制进另一块内存再清理
    • 效率较高, 内存无碎片, 内存使用率较低

• JVM分代回收

  • 在java8时，堆被分为了两份：新生代和老年代【1：2】
    • 对于新生代，内部又被分为了三个区域。
      • 伊甸园区Eden，新生的对象都分配到这里
      • 幸存者区survivor(分成from和to)
      • Eden区，from区，to区【8：1：1】
  • 

• JVM垃圾回收器(老年代垃圾, 新生代垃圾)

  • 串行垃圾收集器
  • 并行垃圾收集器
  • 并发CMS垃圾收集器
    • 是一款并发的、使用标记-清除算法的垃圾回收器，
    • 该回收器是针对老年代垃圾回收的，是一款以获取最短回收停顿时间为目标的收集器
  • G1垃圾收集器–作用在新生代和老年代,JDK9后默认使用G1
    • 

• 引用的区别

  • 强引用–只要所有 GC Roots 能找到，就不会被回收
  • 软引用–需要配合SoftReference使用，当垃圾多次回收，内存依然不够的时候会回收软引用对象
  • 弱引用–需要配合WeakReference使用，只要进行了垃圾回收，就会把弱引用对象回收
  • 虚引用–必须配合引用队列使用，被引用对象回收时，会将虚引用入队，由 Reference Handler 线程调用虚引用相关方法释放直接内存

JVM实践

• JVM设置调优

  • 参数如何设置
    • war包部署在tomcat中设置
      • 修改TOMCAT_HOME/bin/catalina.bat文件
    • jar包部署在启动参数设置
      • java -Xms512m -Xmx1024m -jar xxxx.jar
  • 调优参数
    • 对于JVM调优，主要就是调整年轻代、老年代、元空间的内存空间大小及使用的垃圾回收器类型。
    • 设置堆空间大小
    • 虚拟机栈的设置–栈帧大小
    • 年轻代中Eden区和两个Survivor区的大小比例
    • 年轻代晋升老年代阈值设置
    • 垃圾回收收集器–吞吐量设置/收集器选择
  • 调优工具
    • 命令工具
      • jps 进程状态信息, jstack 查看java进程内线程的堆栈信息, jmap 查看堆转信息, jhat 堆转储快照分析工具,jstat 堆转储快照分析工具
    • 可视化工具
      • jsonsole 用于对jvm内存, 线程, 类的健康
      • visualVM 能够监控线程, 内存情况

• Java内存泄露排查思路

  • 虚拟机栈–StackOverFlowError
  • 方法区–OutOfMemoryError:MetaSpace
  • 堆–OutOfMemoryError:Java heap space
  • 内存泄漏通常是指堆内存，通常是指一些大对象不被回收的情况
    • 通过jmap(程序运行时)或设置jvm参数获取堆内存快照dump
    • 通过工具VisuakVM分析dump文件(VisualVM能够分析离线dump文件)
    • 通过查看对信息的情况, 定位内存溢出的代码
    • 找到对应代码进行修复

• CPU飙高排查方案与思路

  • 使用top命令查看占用cpu的情况
  • 查案看哪个进程占用cpu较高
  • 使用ps命令查看进程中的线程信息
    看对信息的情况, 定位内存溢出的代码
    • 找到对应代码进行修复

• CPU飙高排查方案与思路

  • 使用top命令查看占用cpu的情况
  • 查案看哪个进程占用cpu较高
  • 使用ps命令查看进程中的线程信息
  • 使用jstack命令查看进程中哪些线程出现了问题, 最终定位问题