JVM虚拟机复习
2021-04-04 00:24:07 1 举报AI智能生成
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参考书籍：深入理解JVM虚拟机第三版
作者其他创作
大纲/内容
JVM虚拟机
运行时数据区
字节码的行号指示器：控制程序的分支，循环，跳转
方法的调用返回：进栈与出栈
存储加载的类信息等
方法区
JDK1.7
JDK1.8移除永久代，并移除字符串常量池，静态变量等信息到java堆中
永久代
元空间
运行时常量池
字面量
符号引用
本地方法栈
虚拟机栈
栈针
局部变量表
操作数栈
动态链接
返回地址
程序计数器
堆
分代
新生代
Eden空间
2个Survivor空间
老年代
Eden和Survivor默认比例8：1
非分代
Region
新生代和老年代默认比例1：2
直接内存
java对象
内存分配
指针碰撞
空闲列表
连续空间分配，带压缩整理的收集器，Serial，ParNew
空间不连续，基于清除算法的收集器，CMS
指针修改
CAS重试保证原子性
本地线程分配缓冲TLAB
预先分配一小块连续的内存
对象的内存布局
对象头
指向它的类型元素的指针，确定该对象是哪个类的实例
MarkWord
01：未锁定，可偏向
对象hash码，对象分代年龄
偏向线程ID，对象分代年龄
无锁
偏向锁
00：轻量级锁定
10：重量级锁
11：GC标记
指向所记录的指针：锁记录存储在当前线程栈针中
指向重量级锁的指针，monitor
类型指针
实例数据
对齐填充
对象的访问定位
句柄
直接指针
性能监控和故障处理工具
命令工具
jps
jstat
jinfo
jmap
jstack
查看虚拟机进程：jps -mlv
虚拟机统计信息监视工具：jstat -gcutil pid 250 20：每250毫秒查一次，总共查20次
查询jvm隐式的默认参数，jps查看显示指定的参数
生成堆的快照文件，jmap -dump显示堆的详细信息，jmap -heap
查询线程快照，jstack -l pid
启动参数指定
打印详细的GC信息
查看GC前后堆，方法区的容量变化
查看用户线程并发时间
查询用户线程停顿时间
查询自适应相关信息
查看收集过后剩余对象年龄分布
发生内存溢出后自动生成堆快照文件
查看安全点信息，是否有线程卡住无法进入安全点
进入安全点超过2s为超时，打印超时线程
-XX:PrintGCDetails
-XX:PrintHeapAtGC
-XX:PrintGCApplicationConcurrentTime
-XX:PrintGCApplicationStopTime
-XX:PrintAdaptiveSizePolicy
-XX:PrintTenuringDistribution
-XX:HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:PrintSafepointStatistics
可视化工具
JConsole
VisualVM
JMC
飞行记录
常见故障原因
垃圾回收时间短，但用户停顿时间长
堆大小不合理，设置太大导致每次回收的垃圾巨多，GC时间长，停顿时间长
堆外内存溢出
大对象，在年轻代来回复制，导致MinorGC时间长
线程卡住，无法进入安全点
垃圾收集原理
标记垃圾
无法解决循环引用的问题
垃圾回收时被调用，如果有重写会被加入到F-Queue中进行重新标记，如果在重写的方法中将对象引用再次赋值则会逃脱被收集
引用计数法
可达性分析
GC root
虚拟机栈中引用的对象
静态属性应用的对象
常量引用的对象
本地方法栈Native中引用的对象
java虚拟机内部的引用
同步锁持有的对象
跨代引用
基本数据类型对应的Class对象，异常对象，类加载器
收集年轻代时，老年代有对象引用了年轻代的对象
引用类型
引用赋值
有用非必须的对象，在发生内存溢出前进行回收
只能生存到下一次垃圾收集发送为止
无法通过虚引用来取得对象的实例，对象再被系统回收时收到系统通知
强引用
软引用
弱引用
虚引用
finalize()
垃圾回收算法
标记-清除
1、标记需要清除的对象
2、清除对象
存在的问题
大量对象需要被标记然后清除，效率低
产生大量内存碎片
标记-复制
1、标记存活的对象
2、复制存活的对象到另一块区域
空间的浪费
剩余存活的对象不足以放入空闲空间，需要进行分配担保
标记-整理
2、将存活的对象移动到内存的一端
移动大量存活对象并更新引用比较耗时，Stop The World时间长
解决了内存碎片的问题
内存分配与回收策略
优先分配在Eden区
大对象直接进入老年代
长期存活的对象进入老年代
动态对象年龄判定
空间分配担保
1、MinorGC之前，先判断老年代空闲连续空间大小是否大于新生代所有对象占用空间
2、大于则直接进入老年代
3、小于则看是否允许担保，无担保直接FullGC，有担保则看历代晋升到老年代对象的大小是否小于老年代剩余空间，小于则MinorGC，否则FullGC
-XX:PretenureThreshold，仅对Serial和ParNew有效
-XX:MaxTenuringThreshold，默认15
Survivor空间中相同年龄对象大小总和大于Survivor空间一半，则年龄大于等于此相同年龄的对象直接进入老年代
HotSpot算法细节
枚举跟节点
安全点
抢占式中断
主动式中断
先中断，发现有程序没有到达安全点再恢复执行，知道跑到安全点
设置标志位，达到安全点检查标志位，如果需要中断则停下来
安全区域
记忆集与卡表
写屏障
先判断是否有被标记过，未被标记才将其变脏
记录原始快照
增量更新，维护卡表
写前屏障
写后屏障
伪共享问题
并发可达性分析
消亡的对象标记为存活
存活的对象标记为消亡
先标记为存活，在标记剩下的其他对象是，原本存活对象的引用断开，这种情况可以在下次收集时清除掉，问题不大
在还未标记到该存活对象是，引用断开，然后再与已经标记完的对象连接起来，导致垃圾回收时被清除掉
解决方案
增量更新CMS
原始快照G1，Shenandoah
新增对象时，将新增的引用关系记下来，并发扫描结束后再处理这部分新增的对象
将删除的引用关系记下来，并发扫描结束后在重新扫描删除的引用关系，也就是说以开始扫描时的引用关系快照为准
必须停顿，OopMap加速枚举，OopMap存储了引用信息，例如栈里面哪些位置是引用
什么地方生成OopMap?长时间执行的特征，例如方法调用，循环跳转，异常跳转
线程阻塞，无法继续执行到安全点，但此时引用关系不会发送变化，即安全区域
针对老年代，字节数组，每个元素标志着一块内存区域，存在跨带指针标识为1，否则为0
赋值操作，维护卡表，增量更新，原始快照有用到
垃圾回收器
新生代垃圾回收器
Serial
ParNew
Parallel Scavenge
停顿时间设置-XX:MaxGCPauseMillis
吞吐量设置-XX:GCTimeRatio
自适应策略-XX:UseAdaptiveSizePolicy
单线程
多线程
多线程，可控制吞吐量
老年代垃圾回收器
Serial Old
Parallel Old
CMS
如果产生的浮动垃圾不足以放在老年代则触发备选方案Serial Old
回收线程数（处理器核心数量+3)/4
无法找到足够大的连续空间存放对象则触发FullGC进行整理
处理过程
初始标记
并发标记
重新标记
并发清除
短暂停顿
处理增量更新产生的引用关系，也需要短暂停顿
标记-清除，由于不需要移动对象改变引用，所以可以和用户线程并行
记录增量更新
浮动垃圾
JDK5中老年代使用率达到68%触发GC
JDK6中老年代使用率达到92%触发GC
碎片空间
多线程，吞吐量优先
混合垃圾回收器
G1
区域划分
每个Region都可以扮演多个角色，Eden，Survivor，老年代
专门存放大对象，超过Region一半则是大对象，超大对象被存放在N个连续的Humongous
Humongous
可预测停顿时间
双向卡表
并发标记引用变化处理方式
原始快照
两个TAMS指针
存放新增的对象，同样存在内存回收速度赶不上分配速度的情况，需要冻结用户线程进行FullGC，并行GC
最终标记
筛选回收
标记GC Root，修改TAMS指针
记录原始快照变化的引用
处理原始快照的引用
对Region进行排序，选择性回收，复制到新的Region，修改引用清除旧Region
需要维护双向卡表，占用资源多，将写屏障操作异步进行
对每个Region进行价值计算，优先回收价值高的Region，-XX:MaxGCPauseMillis
每个Region维护一个双向卡表，分别记录了本Region的脏卡和其他Region指向本Region的脏卡索引号
Shenandoah
相比于G1，Shenandoah去掉了双向卡表，使用连接矩阵减少维护的消耗
在并发回收的过程了，如果访问到了旧对象需要根据转发指针进行一次转发，使用读屏障进行转发
区域划分同G1一致
连接矩阵
并发回收
初始引用更新
并发引用更新
最终引用更新
并发清理
标记GC Root
处理原始快照，得到Region价值最高的回收集
复制对象到新的Region，CAS修改旧对象的转发指针
确认收集线程已完成对象的移动任务，会短暂停顿
将引用指向新对象，按照物理内存线性搜索引用类型进行更新
修改GC Root的引用，短暂停顿
清理旧Region
读屏障
ZGC
每次回收扫描所有Region，因此没有跨代一说，也就没有写屏障
小型Region
中型Region
大型Region
固定容量2M，存放小于256K的小对象
固定容量32M，存放大于等于256K但小于4M的对象
容量不固定，可以动态变化，用于放置4M以上的大对象，每个Region只放1个对象，容量可能小于中型Region
染色指针
64位寻址地址：其中18位不能用，46位用来寻址，取4位来做染色标记，42位用来寻址，所以ZGC暂时只支持4TB的内存寻址，即ZGC能管理的最大内存是4TB
取引用指针可用来寻址的高4位来表示对象的状态
染色指针可以使得某个Region中的存活对象被移走后，这个Region立即就能释放
染色指针可以大幅减少垃圾收集过程中内存屏障的使用，因为指针维护了相关信息
染色指针可扩展性强，寻址地址中还有18位并为使用
地址多重映射，将多个不同的虚拟地址映射到同一个物理地址上，因为有4位拿来做其他标记，同一个物理地址的指针可能存在多种状态
在指针上面做标记，给指针染色，使用了Marked0和Marked1标志位
统计出本次收集需要清理的Region构成重分配集，大型Region不会被重分配
修改旧引用指针指向新对象，合并到下一次并发标记中处理，减少遍历对象图的开销
并发预备重分配
并发重分配
1、将重分配集中的对象复制到新的Region，并给每个重分配集中的Region维护一个转发表
2、访问时从指针上就可以判断是否要转发，由读屏障根据Region的转发表转发到新对象上
3、首次转发后，同时修改引用值，使指针指向新对象，称为指针的自愈能力
4、由于染色指针的存在，Region复制完成后就可以清除掉，后面访问通过转发表进行转发
并发重映射
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