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JVM问题式学习

2020-09-14 15:23:41   0  举报

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AI智能生成

JVM问题式学习，连贯性非常好，专门针对基础不好的人

JVM学习

学习笔记

作者其他创作

大纲/内容

java vs jvm

1. Java怎么到JVM的？

java文件编译成class文件

class文件通过ClassLoader加载到JVM

java文件怎么编译成class文件？

1. 编译原理
1）语法树
2）……

Class文件怎么通过ClassLoader加载到JVM

双亲委托机制

破坏双亲委托机制

概念

1. 什么是jvm

Java Virtual Machine，Java虚拟机

2. 为什么要创建jvm

各个操作系统的底层调用都不一样，实现一样东西的跨平台，没有虚拟机的概念就需要各个系统都实现一遍。浪费人力

后面java因为其生态大行其道。广泛运用在商业生产上。

3. 垃圾回收器

c/c++语言直接对内存，需要显式释放内存。

jvm内部有一个东西称为垃圾回收器，同一回收无用的内存

垃圾回收器

对应c/c++一对一释放内存，jvm由垃圾回收器统一回收

统一回收怎么回收呢？

先分两大步

1. 判断哪些内存是垃圾

2. 回收

统一回收第一个问题：怎么判断什么内存是垃圾

这个问题非常复杂

业界有两种做法

1. 引用计数法

2. 对象（一个抽象的模型）可达不可达

java一开始采用第一种做法，后面都采用第二种做法了

想知道那些内存分配是垃圾，得先知道jvm的内存分布

统一回收第二个问题：怎么清除内存

这个问题还算简单

内存清0

基于以上的两个问题，怎么实现内存回收——内存回收的算法

1. 标记清除法

1. 标记

2. 清除/回收

2. 标记整理法/标记压缩法

1. 标记

2. 整理/复制

3. 清除/回收

3. 复制算法

1. 标记

2. 整理/复制

3. 清除/回收

这个复制算法和标记整理法其实步骤是一模一样的
区别在于，复制算法会将自己可控的内存部分按比例划分
一般这样划分：Eden:Survivor1:Survivor2 = 8:1:1
它从Eden复制到Survivor1，Survivor2，或者Survivor互相复制等等
标记整理法复制的是自己内存内部的复制

4. 分代算法

分为两代：年轻代+老生代

YGC

MixedGC

FullGC

目前主要采用这种方式。
年轻代采用复制算法，称为YGC
老生代采用标记清除法/标记整理法

具体实现

内存组织方式

需要参考本人jdk内存模型图

怎么使用内存

1. 内存分配

2. 内存使用

3. 内存释放

执行引擎

C/C++的执行是基于操作系统的，所以针对不同的操作系统，需要开发多次
C/C++编译之后，直接生成操作系统的可执行文件
它们是基于寄存器运行的。寄存器是在CPU的高速缓存的。

首先JVM是基于栈运行的。栈是在内存中的。
大白话讲就是把class文件翻译成汇编语言执行的。所以Java运行比C/C++慢。

垃圾回收器具体实现

1. 怎么判断对象是否是垃圾？

扫描每个对象和没个对象的field的引用。判断哪些有用，哪些没有。

2. 怎么扫描每个对象？

扫描栈帧（虚拟机栈，本地方法栈），元空间（方法区，包括元数据+常量）

3. 扫描的时候，是多线程操作，如果对象引用变化非常频繁怎么办？

STW+三色标记法

4. 什么是STW

在这里有个STW的概念
STW：Stop The World，就是暂停整个jvm。
包括用户线程/内存开辟，计算，引用等等，
所有的线程进入一个安全点，然后等其它线程扫描哪些对象是垃圾

5. 什么是安全点/安全区域？

jvm让所有的用户线程/本地方法线程进入到一个点，称为安全点，然后不执行其它任务。等待GC线程收集垃圾。

如果一些线程很久不进入安全点，jvm就会放宽范围，只要进入到安全区域就行。

6. 基于上面的理论，怎么实现一个最简单的垃圾收集器？

我们先看我们简单内存的使用场景：
1. 开辟内存
2. 使用内存
3. 释放内存
c/c++的使用也是像上面那样，只是Java帮我们简化了这部分概念，特别是第三步释放内存。
这里Java与C/C++的区别就是我们可以Java中批量开辟内存，然后使用内存，不考虑释放，最后JVM会STW然后帮我们释放。C/C++中如果这样做出现内存泄漏的可能性非常大。

针对垃圾收集器这个专题。我简化步骤如下：
1. 开辟内存+使用内存
2. STW
3. 扫描GC Roots，并且标记
4. 释放内存
5. 结束STW
1. 开辟内存+使用内存
2. STW
3. 扫描GC Roots，并且标记
4. 释放内存
5. 结束STW
1. 开辟内存+使用内存
2. STW
3. 扫描GC Roots，并且标记
4. 释放内存
5. 结束STW
......

JVM之中的古老的Serial垃圾收集器采用这个方案

Serial垃圾收集器，年轻代使用标记清除法，老年代使用标记整理法

7. 后面的垃圾收集器都是针对上面的👆优化

1. ParNew

2. Parallel GC

3. CMS

4. G1

目前商用是这个比较多，jdk7引入，jdk9作为默认回收器

具体可以参考我的G1调优总结

官网介绍：
https://www.oracle.com/java/technologies/javase/hotspot-garbage-collection.html

G1的推荐用例
G1的首要重点是为运行需要大堆且GC延迟有限的应用程序的用户提供解决方案。这意味着堆大小约为6GB或更大，并且稳定且可预测的暂停时间低于0.5秒。

如果当前具有CMS或ParallelOld垃圾收集器运行的应用程序具有以下一个或多个特征，则将其切换到G1将非常有益。

超过50％的Java堆被实时数据占用。
对象分配率或提升率差异很大。
不必要的长时间垃圾收集或压缩暂停（长于0.5到1秒）

5. ZGC

最有潜力的GC

各个垃圾回收器优化的情况都是针对减少停顿时间的，具体情况可以看到我的图

8. G1 的GC分类

1. YGC，也称为 Minor GC

YGC是采用复制算法

具体实现原理探索

复制算法是把内存划为3部分：Eden:Survivor1:Survivor2
它的产生来源是假设对象都是朝生夕死，用完就对。据统计一般我们的应用中这种情况非常多，所以我们Eden区用来创建对象，Survivor区用来存放过了Eden用了一次之后，还存在的对象。
YGC每次都检查Eden和一个Survivor，扫描之后。把Eden存活的还有扫描的Survivor存活的对象搬到另外个Survivor中，或者已经超过一定存活次数的，搬到老生代中。

从上面需要解决一些问题：
1. 在YGC中扫描GC Roots时怎么判断哪些GC Roots是YGC的，难道需要全部根都扫描一次？
2. 怎么知道存活的对象？

1. 在YGC中扫描GC Roots时怎么判断哪些GC Roots是YGC的，难道需要全部根都扫描一次？

针对这个问题，JVM设计了CSet这种概念。

CSet: Collection Set

CSet我理解会存放所有的GC Roots，并且GC Roots是有办法区分开的，比如有标志区分是年轻代/老生代。
如果性能高一点就会有不同的容器区分开年轻代/老生代。

YGC会选择对应的 CSet，即年轻代的 CSet

2. 如果有老生代的对象指向新生代的对象，改怎么处理？

跨代的处理，G1引入了RSet

RSet记录这对象跨HR之间的引用。这里的跨代，只有老年代指向年轻代，还有就是老年代指向老年代。

3. RSet怎么存放引用？RSet是全局吗？

1. RSet采用Point In的方式存放引用

1. 比如ObjA.field = ObjB. 那么在ObjB的RSet就会存放ObjA