Java八股文-JVM学习记录1

无标签
JVM
发布日期:   2023-09-28

Java八股文-JVM学习记录1

JVM组成

程序计数器

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。

那么现在有一个问题就是，当前处理器如何能够知道，对于这个被挂起的线程，它上一次执行到了哪里？那么这时就需要从程序计数器中来回去到当前的这个线程他上一次执行的行号，然后接着继续向下执行。

程序计数器是JVM规范中唯一一个没有规定出现OOM的区域，所以这个空间也不会进行GC。

Java的堆

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。

元空间保存的类信息、静态变量、常量、编译后的代码

OOM：OutOfMemoryError

本地内存（Native memory），也称为C-Heap，是供JVM自身进程使用的。当Java Heap空间不足时会触发GC，但Native memory空间不够却不会触发GC。

默认情况下元空间是可以无限使用本地内存的

思考一下，为什么使用元空间替换永久代？

表面上看是为了避免OOM异常。因为通常使用PermSize和MaxPermSize设置永久代的大小就决定了永久代的上限，但是不是总能知道应该设置为多大合适, 如果使用默认值很容易遇到OOM错误。

当使用元空间时，可以加载多少类的元数据就不再由MaxPermSize控制, 而由系统的实际可用空间来控制。

更深层的原因还是要合并HotSpot和JRockit的代码，JRockit从来没有所谓的永久代，也不需要开发运维人员设置永久代的大小，但是运行良好。同时也不用担心运行性能问题了,在覆盖到的测试中, 程序启动和运行速度降低不超过1%，但是这点性能损失换来了更大的安全保障。

虚拟机栈

  • 每个栈由多个栈帧（frame）组成，对应着每次方法调用时所占用的内存
  • 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法

  1. 垃圾回收是否涉及栈内存？

    垃圾回收主要指就是堆内存，当栈帧弹栈以后，内存就会释放

  2. 栈内存分配越大越好吗？

    未必，默认的栈内存通常为1024k

    栈帧过大会导致线程数变少，例如，机器总内存为512m，目前能活动的线程数则为512个，如果把栈内存改为2048k，那么能活动的栈帧就会减半

  3. 方法内的局部变量是否线程安全？

    • 如果方法内局部变量没有逃离方法的作用范围，它是线程安全的
    • 如果是局部变量引用了对象，并逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全
    • 比如以下代码：

关于第三种情况线程不安全的解释：

组成部分：堆、方法区、栈、本地方法栈、程序计数器

1、堆解决的是对象实例存储的问题，垃圾回收器管理的主要区域。
2、方法区可以认为是堆的一部分，用于存储已被虚拟机加载的信息，常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。
3、栈解决的是程序运行的问题，栈里面存的是栈帧，栈帧里面存的是局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
4、本地方法栈与栈功能相同，本地方法栈执行的是本地方法，一个Java调用非Java代码的接口。
5、程序计数器（PC寄存器）中存放的是当前线程所执行的字节码的行数。JVM工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一个需要执行的字节码指令。

方法区

JDK7里面叫方法区/永久代，JDK8里面改名叫元空间，位置从堆空间移动到本地内存里。

  • 方法区(Method Area)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
  • 虚拟机启动的时候创建，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：可以看作是一张表，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
  • 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

方法区是JVM规范

落地： JDK7之前，永久代，是JVM虚拟机自己的内存。无法估计大小，无法设置

JDK8之后，元空间，直接内存。

直接内存

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

常规的IO：

NIO

类加载器

JVM只会运行二进制文件，而类加载器（ClassLoader）的主要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。

类加载器根据各自加载范围的不同，划分为四种类加载器：

  • 启动类加载器(BootStrap ClassLoader)：

    该类并不继承ClassLoader类，其是由C++编写实现。用于加载JAVA_HOME/jre/lib目录下的类库。

  • 扩展类加载器(ExtClassLoader)：

    该类是ClassLoader的子类，主要加载JAVA_HOME/jre/lib/ext目录中的类库。

  • 应用类加载器(AppClassLoader)：

    该类是ClassLoader的子类，主要用于加载classPath下的类，也就是加载开发者自己编写的Java类。

  • 自定义类加载器：

    开发者自定义类继承ClassLoader，实现自定义类加载规则。

双亲委派模型

加载某一个类，先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，子加载器尝试加载该类

好处：

（1）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。
（2）为了安全，保证类库API不会被修改

由于是双亲委派的机制，java.lang.String的在启动类加载器得到加载，这样就能防止恶意篡改核心API库。

对象什么时候被回收

简单一句就是：如果一个或多个对象没有任何的引用指向它了，那么这个对象现在就是垃圾，如果定位了垃圾，则有可能会被垃圾回收器回收。

引用计数法一般不用，因为会有循环引用的问题。

一般用可达性分析算法，扫描堆中的对象，看是否能够沿着 GC Root 对象 为起点的引用链找到该对象，找不到，表示可以回收

哪些变量可以作为GC Root ，new的普通变量，静态变量，常量 都可以

严格一点：

  1. 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
  2. 方法区中类静态属性引用的对象
  3. 方法区中常量引用的对象
  4. 本地方法栈中 JNI（即一般说的 Native 方法）引用的对象

JVM的垃圾回收算法有哪些？

1.标记清除算法

标记清除算法，是将垃圾回收分为2个阶段，分别是标记和清除。

1.根据可达性分析算法得出的垃圾进行标记

2.对这些标记为可回收的内容进行垃圾回收

可以看到，标记清除算法解决了引用计数算法中的循环引用的问题，没有从root节点引用的对象都会被回收。

同样，标记清除算法也是有缺点的：

  • 效率较低，标记和清除两个动作都需要遍历所有的对象，并且在GC时，需要停止应用程序，对于交互性要求比较高的应用而言这个体验是非常差的。
  • （重要）通过标记清除算法清理出来的内存，碎片化较为严重，因为被回收的对象可能存在于内存的各个角落，所以清理出来的内存是不连贯的。

2.复制算法

复制算法的核心就是，将原有的内存空间一分为二，每次只用其中的一块，在垃圾回收时，将正在使用的对象复制到另一个内存空间中，然后将该内存空间清空，交换两个内存的角色，完成垃圾的回收。

​ 如果内存中的垃圾对象较多，需要复制的对象就较少，这种情况下适合使用该方式并且效率比较高，反之，则不适合。

1）将内存区域分成两部分，每次操作其中一个。

2）当进行垃圾回收时，将正在使用的内存区域中的存活对象移动到未使用的内存区域。当移动完对这部分内存区域一次性清除。

3）周而复始。

优点：

  • 在垃圾对象多的情况下，效率较高
  • 清理后，内存无碎片

缺点：

  • 分配的2块内存空间，在同一个时刻，只能使用一半，内存使用率较低

3.标记整理算法

标记压缩算法是在标记清除算法的基础之上，做了优化改进的算法。和标记清除算法一样，也是从根节点开始，对对象的引用进行标记，在清理阶段，并不是简单的直接清理可回收对象，而是将存活对象都向内存另一端移动，然后清理边界以外的垃圾，从而解决了碎片化的问题。

1）标记垃圾。

2）需要清除向右边走，不需要清除的向左边走。

3）清除边界以外的垃圾。

优缺点同标记清除算法，解决了标记清除算法的碎片化的问题，同时，标记整理算法多了一步，对象移动内存位置的步骤，其效率也有有一定的影响。

与复制算法对比：复制算法标记完就复制，但标记整理算法得等把所有存活对象都标记完毕，再进行整理

分代收集算法

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。Eden区，S0区，S1区【8：1：1】

当对新生代产生GC：MinorGC【young GC】

当对老年代代产生GC：Major GC 【old GC】

当对新生代和老年代产生FullGC： 新生代 + 老年代完整垃圾回收，暂停时间长，应尽力避免

  • MinorGC【young GC】发生在新生代的垃圾回收，暂停时间短（STW）

  • Mixed GC 新生代 + 老年代部分区域的垃圾回收，G1 收集器特有

  • FullGC： 新生代 + 老年代完整垃圾回收，暂停时间长（STW），应尽力避免？

名词解释：

STW（Stop-The-World）：暂停所有应用程序线程，等待垃圾回收的完成

工作机制

  • 新创建的对象，都会先分配到eden区

  • 当伊甸园内存不足，标记伊甸园与 from（现阶段没有）的存活对象

  • 将存活对象采用复制算法复制到 to 中，复制完毕后，伊甸园和 from 内存都得到释放

  • 经过一段时间后伊甸园的内存又出现不足，标记eden区域to区存活的对象，将存活的对象复制到from区

  • 当幸存区对象熬过几次回收（最多15次），晋升到老年代（幸存区内存不足或大对象会导致提前晋升）

JVM有哪些垃圾回收器

在jvm中，实现了多种垃圾收集器，包括：

  • 串行垃圾收集器
  • 并行垃圾收集器
  • CMS（并发）垃圾收集器
  • G1垃圾收集器

串行垃圾收集器

Serial和Serial Old串行垃圾收集器，是指使用单线程进行垃圾回收，堆内存较小，适合个人电脑

  • Serial 作用于新生代，采用复制算法

  • Serial Old 作用于老年代，采用标记-整理算法

垃圾回收时，只有一个线程在工作，并且java应用中的所有线程都要暂停（STW），等待垃圾回收的完成。

并行垃圾收集器

Parallel New和Parallel Old是一个并行垃圾回收器，JDK8默认使用此垃圾回收器

  • Parallel New作用于新生代，采用复制算法

  • Parallel Old作用于老年代，采用标记-整理算法

垃圾回收时，多个线程在工作，并且java应用中的所有线程都要暂停（STW），等待垃圾回收的完成。

CMS（并发）垃圾收集器

CMS全称 Concurrent Mark Sweep，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，停顿时间短，用户体验就好。其最大特点是在进行垃圾回收时，应用仍然能正常运行。

详细聊一下G1垃圾回收器

  • 应用于新生代和老年代，在JDK9之后默认使用G1

  • 划分成多个区域，每个区域都可以充当 eden，survivor，old， humongous，其中 humongous 专为大对象准备

  • 采用复制算法

  • 响应时间与吞吐量兼顾

  • 分成三个阶段：新生代回收、并发标记、混合收集

  • 如果并发失败（即回收速度赶不上创建新对象速度），会触发 Full GC

Young Collection(年轻代垃圾回收)

  • 初始时，所有区域都处于空闲状态

  • 创建了一些对象，挑出一些空闲区域作为伊甸园区存储这些对象

  • 当伊甸园需要垃圾回收时，挑出一个空闲区域作为幸存区，用复制算法复制存活对象，需要暂停用户线程

  • 随着时间流逝，伊甸园的内存又有不足

  • 将伊甸园以及之前幸存区中的存活对象，采用复制算法，复制到新的幸存区，其中较老对象晋升至老年代

Young Collection + Concurrent Mark (年轻代垃圾回收+并发标记)

当老年代占用内存超过阈值(默认是45%)后，触发并发标记，这时无需暂停用户线程

  • 并发标记之后，会有重新标记阶段解决漏标问题，此时需要暂停用户线程。

  • 这些都完成后就知道了老年代有哪些存活对象，随后进入混合收集阶段。此时不会对所有老年代区域进行回收，而是根据暂停时间目标优先回收价值高（存活对象少）的区域（这也是 Gabage First 名称的由来）。

Mixed Collection (混合垃圾回收)

复制完成，内存得到释放。进入下一轮的新生代回收、并发标记、混合收集

其中H叫做巨型对象，如果对象非常大，会开辟一块连续的空间存储巨型对象

强引用、软引用、弱引用、虚引用的区别？

强引用

强引用：只有所有 GC Roots 对象都不通过【强引用】引用该对象，该对象才能被垃圾回收

User user = new User();

软引用

软引用：仅有软引用引用该对象时，在垃圾回收后，内存仍不足时会再次出发垃圾回收

User user = new User();
SoftReference softReference = new SoftReference(user);

弱引用

弱引用：仅有弱引用引用该对象时，在垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收弱引用对象

User user = new User();
WeakReference weakReference = new WeakReference(user);

延伸话题：ThreadLocal内存泄漏问题

ThreadLocal用的就是弱引用，看以下源码：

static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
    Object value;

    Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
         super(k);
         value = v; //强引用，不会被回收
     }
}

Entry的key是当前ThreadLocal，value值是我们要设置的数据。

WeakReference表示的是弱引用，当JVM进行GC时，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间是否足够，都会回收它的内存。但是value是强引用，它不会被回收掉。

ThreadLocal使用建议：使用完毕后注意调用清理方法。

虚引用

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调优的参数有哪些

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
  • 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

JVM调优的工具

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 JVM统计监测工具

可视化工具

jconsole 用于对jvm的内存，线程，类 的监控
VisualVM 能够监控线程，内存情况

Arthas 阿里巴巴开源的Java诊断工具

java内存泄露的排查思路

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

1、通过jmap或设置jvm参数获取堆内存快照dump
2、通过工具， VisualVM去分析dump文件，VisualVM可以加载离线的dump文件
3、通过查看堆信息的情况，可以大概定位内存溢出是哪行代码出了问题
4、找到对应的代码，通过阅读上下文的情况，进行修复即可

CPU飙高排查方案与思路？

1.使用top命令查看占用cpu的情况
2.通过top命令查看后，可以查看是哪一个进程占用cpu较高
3.使用ps命令查看进程中的线程信息
4.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

文章作者: 爱敲代码の鱼儿
文章链接: http://19shuidiph.github.io/2023/09/28/java-ba-gu-wen-jvm-xue-xi-ji-lu-1/
版权声明: 本博客所有文章除特別声明外，均采用 CC BY 4.0 许可协议。转载请注明来源 爱敲代码の鱼儿 !
无标签
赏
  目录