JVM笔记

JVM

• 1 JVM内存模型
• • 1.1 类装载器ClassLoader
  • 1.2 程序计数器（Program Counter Register）
  • 1.3 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）
  • 1.4 本地方法栈（Native Method Stacks）
  • 1.5 方法区
  • 1.6 堆
  • 1.7 jvm参数
• 2 对象创建
• • 2.1 给对象分配内存
  • 2.2 线程安全性问题
  • 2.3 初始化对象
  • • 2.3.1 对象结构
    • 2.3.2 对象的访问定位
• 3 垃圾回收
• • 3.1 如何判断对象为垃圾对象
  • 3.2 如何回收
  • • 3.2.1 回收策略
    • 3.2.2 垃圾回收器
• 4 class文件
• • 4.1 class文件简介
  • • 4.1.1 类文件结构

1 JVM内存模型

1.1 类装载器ClassLoader

负责加载class文件


BootStrap启动类加载器，C语言实现，加载rt.jar里的所有class（包括Object）
Extension扩展类加载器
APPClassLoader应用程序类加载器，也叫系统类加载器，加载当前应用的classpath的所有类

也可以自定义加载器，只要继承ClassLoader就可以

双亲委派机制：
委派给父类ClassLoader去加载，为了保证原始的rt.jar下的代码不被篡改。

1. AppClassLoader先不去加载，委派给ExtClassLoader去加载，
2. ExtClassLoader也不去加载，委派给BootStrap加载，
3. 只有在父类加载不到的时候，才会自己去加载。

反射有几种方式？
三种。

1. 通过Object类的getClass方法来获取;
2. 使用.class的方式；
3. 使用Class.forName方法

native方法（本地方法）
本地接口的作用是融合不同的编程语言为java所用

1.2 程序计数器（Program Counter Register）

是JVM中一块较小的内存区域
保存着当前线程所执行的字节码的行号。
如果正在执行的是native方法，这个计数器的值为undefined。

JVM的多线程是通过线程轮流切换并分配CPU执行时间片的方式来实现的，任何一个时刻，一个CPU都只会执行一条线程中的指令。为了保证线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各线程间的程序计数器独立存储，互不影响。

此区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域，因为程序计数器是由虚拟机内部维护的，不需要开发者进行操作。

1.3 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）

存放

1. 本地变量（8中基本类型，对象的引用变量+实例方法)：输入输出参数、方法中的变量
2. 栈操作：记录入栈、出栈操作

是线程隔离的，每创建一个线程时就会对应创建一个Java栈，即每个线程都有自己独立的虚拟机栈。

栈帧包含局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址等信息，每一个方法从调用到最终返回结果的过程，就对应一个栈帧从入栈到出栈的过程。

当前栈帧：栈顶的栈帧才是有效的，与这个栈帧相关联的方法称为当前方法，当前活动帧栈始终是虚拟机栈的栈顶元素。

局部变量表：存放了编译期可知的各种基本数据类型和对象引用类型。通常我们所说的“栈内存”指的就是局部变量表这一部分。
局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧分配多少内存是固定的，运行期间不会改变局部变量表的大小。
64位的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间，其余的数据类型只占用1个。

1.4 本地方法栈（Native Method Stacks）

与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。

1.5 方法区

存放类/接口信息+常量+静态变量+运行时常量区，是一种定义/接口，一种规范。

其中类信息包含包名、类名、继承的对象、接口定义、方法定义、类变量、类常量

常量池（ Constant Pool ）是方法区的一部分 Class 文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息就是常量池，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

永久带（jdk7）/元空间（jdk8）是方法区的实现。

不会被垃圾回收，关闭jvm时释放此区域所占内存。方法区溢出报错java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space，说明程序启动时需要加载大量第三方jar包，例如在一个tomcat下不熟太多应用。可以增加该区域内存空间。

Jdk1.6 及之前： 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 及之后： 无永久代，常量池 1.8 在元空间

1.6 堆

类加载器读取了类文件后，需要把类、方法、常变量放到堆内存中，保存所有引用类型的真实信息。

小对象内存分配：先进栈上分配，然后是eden区
大对象直接进如老年代
S0区线程区
YoungGC只会回收eden

1.7 jvm参数

-Xms设置堆的最小空间大小。
-Xmx设置堆的最大空间大小。
-Xmn:设置年轻代大小
-XX:NewSize设置新生代最小空间大小。
-XX:MaxNewSize设置新生代最大空间大小。
-XX:PermSize设置永久代最小空间大小。
-XX:MaxPermSize设置永久代最大空间大小。
-Xss设置每个线程的堆栈大小
-XX:+UseParallelGC:选择垃圾收集器为并行收集器。此配置仅对年轻代有效。即上述配置下,年轻代使用并发收集,而年老代仍旧使用串行收集。
-XX:ParallelGCThreads=20:配置并行收集器的线程数,即:同时多少个线程一起进行垃圾回收。此值最好配置与处理器数目相等。
典型JVM参数配置参考:

java-Xmx3550m-Xms3550m-Xmn2g-Xss128k
-XX:ParallelGCThreads=20
-XX:+UseConcMarkSweepGC-XX:+UseParNewGC
-Xmx3550m:设置JVM最大可用内存为3550M。

-Xms3550m:设置JVM促使内存为3550m。此值可以设置与-Xmx相同,以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存。

-Xmn2g:设置年轻代大小为2G。整个堆大小=年轻代大小+年老代大小+持久代大小。持久代一般固定大小为64m,所以增大年轻代后,将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大,官方推荐配置为整个堆的3/8。

-Xss128k:设置每个线程的堆栈大小。JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M,以前每个线程堆栈大小为256K。更具应用的线程所需内存大 小进行调整。在相同物理内存下,减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的,不能无限生成,经验值在3000~5000 左右。

2 对象创建

2.1 给对象分配内存

1. 指针碰撞
2. 空间列表

2.2 线程安全性问题

1. 线程同步（性能较差，同步开销）
2. 本地线程分配缓冲（TLAB）
   

2.3 初始化对象

2.3.1 对象结构

1. Header( 对象头）

• 自身运行时数据（ Mark Word）
  – 哈希值
  – GC 分代年龄
  – 锁状态标志
  – 线程持有锁
  – 偏向线程 ID
  – 偏向时间戳
• 类型指针
• 数组长度（只有数组对象才有）
  

2. InstanceData
   相同宽度的数据分配到一起（ long,double
3. Padding （对齐填充
   8 个字节的整数倍

2.3.2 对象的访问定位

1. 使用句柄
   好处：如果堆中的对象内存地址变更之后，句柄的指向变更就可以了，栈中对象的引用不需要改变
   缺点：性能
2. 直接指针（HotSpot）

3 垃圾回收

3.1 如何判断对象为垃圾对象

引用计数法、可达性分析

1. 引用计数法
   在对象中添加一个引用计数器，当有地方引用这个对象的时候，计数器 +1 ，当失效的时候，计数器 -1
   verbose:gc XX:+PrintGCDetails
   
2. 可达性分析

GCRoot 的对象

• 虚拟机栈 局部变量表中的
• 方法区的类属性所引用的对象
• 方法区的常量所引用的对象
• 本地方法栈所引用的对象

3.2 如何回收

3.2.1 回收策略

标记清除、复制、标记整理、分代算法

1. 标记清除
   分成标记和清除两个阶段
   缺点：效率问题、内存碎片

2. 复制
   缺点：空间利用率低、只能用一般的空间

• 堆
  新生代（Eden、Survivor）
  老年代（Tenured Gen）

• 方法区

• 虚拟机栈

• 本地方法栈

程序计数器
4. 标记整理
5. 分代算法

3.2.2 垃圾回收器

Serial、ParNew、CMS、G1、ZGC

4 class文件

public static void main(String args){ int a = 2; int b = 400; int c = a+b; System.out.println(c); ｝

用javap命令反编译后

public static void main(java.lang.String); descriptor: (Ljava/lang/String;)V //L代表引用类型 V代表没有返回值 flags: ACC_PUBLIC,ACC_STATIC //方法描述符 code: stack=2,locals=4,args_size=1 //操作数栈深度为2，本地变量表最大长度4(单位slot)，参数1个 0: iconst_2 //常量2压栈 1: istore_1 //常量2出栈并保存到变量1里 2: iconst_3 //常量400压栈 3: istore_2 //常量400出栈并保存到变量2里

接上

4.1 class文件简介

https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html
class文件是一组已8位字符为基础单位的二进制流，没有任何分隔符，节省空间，执行效率高。
class文件只有两种数据类型：无符号数、表

4.1.1 类文件结构

ClassFile { u4 magic; //魔数 u2 minor_version; //jdk版本号 8对应52 7对应51 类推 u2 major_version; //jdk版本号 u2 constant_pool_count; cp_info constant_pool[constant_pool_count-1]; u2 access_flags; u2 this_class; u2 super_class; u2 interfaces_count; u2 interfaces[interfaces_count]; u2 fields_count; field_info fields[fields_count]; u2 methods_count; method_info methods[methods_count]; u2 attributes_count; attribute_info attributes[attributes_count];

}
魔数：代表了文件类型cafe babe

java、grovy、jruby、scala都可以编译成class文件。这些语言只需要增加对应的编译器，按照class规范翻译成class文件。