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JVM体系基础知识

2021-05-04 20:10:43   32  举报

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AI智能生成

jvm

JVM核心知识

jvm

模版推荐

作者其他创作

大纲/内容

JVM

作用：可实现跨平台编译，是java虚拟机

组成部分

堆

用来存储对象

结构

新生代（年轻代）

组成

Eden（伊甸园）

较大空间

Survivor

Survivor0

Survivor1

空间分配比例8：1：1

记忆集

概念：当年轻代里有被老年代引用的对象的时候，会在年轻代里开辟空间存储老年代的引用地址，以免年轻代里的对象无法回收。解决跨代引用问题

用来存储年轻代对象在老年代里引用的地址

卡表：记忆集的具体实现

实现原理：写屏障

老年代

空间比例新生代：老年代 = 1：2

方法区（永久代）

存储一些静态常量，类信息等。一般不回收

对象的生命周期

创建对象

存储到Eden伊甸园区

存满之后字节码执行引擎开启垃圾回收线程minor gc

将找到的非垃圾对象转入到survivor的s0区域内

将Eden，s0,s1内的所有垃圾对象进行回收

当s0区域内的对象再次筛选时仍被标记为非垃圾对象

对象被复制到s1区

Eden和s0,s1区域内所有垃圾对象进行回收

将对象再次复制到s0区域

分代年龄+1

分代年龄存储在对象头内存区域Header

当分带年龄达到15就会被复制到老年代

当老年代满了之后，执行引擎开启full gc

如full gc无法再回收垃圾对象，则内存溢出（oom）

gc 算法

算法原理

标记清除算法（Mark-Sweep）

缺点：容易产生碎片，内存不连续

复制算法（Copying）

缺点：不会产生碎片，比较浪费空间

标记整理压缩算法（Mark-Compact）

缺点：没有碎片，效率比较低

算法分类

引用计数器算法（很少使用）

给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它，计数器值就加一；相反的，当引用失效的时候，计数器值就减一；任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的

缺点：当存在堆内对象相互引用的情况无法进行计数器清0，但实际上已经没有引用，导致无法回收

如：Node a=new Node（）； Node b=new Node（）； a.next=b； b.next=a；a=null； b=null；

a,b变量已经变为null，失去了栈与堆对象之间的联系，所以堆对象应该做清除，但是此时还是有a和b之间的引用，计数器不是0，即无法做垃圾回收。

可达性分析算法（jvm使用）

GC roots跟节点：包含线程栈的本地变量，静态变量，本地方法栈变量，方法区的变量等。

原理：将GC roots跟节点作为起点，从节点开始向下搜索引用的对象，找到的对象都标记为非垃圾对象，其余均为垃圾对象

过程：将jvm内的所有跟节点及其引用对象找出来

标记为垃圾和非垃圾

垃圾回收处理器分类

串行收集器（jdk1.0默认使用）

serial

年轻代

复制算法

单线程

效率较慢

serial old

老年代

整理算法

单线程

效率较慢

并行收集器（jdk8默认使用的收集器）

parallel scavenge(ps)

年轻代

复制算法

多线程

parallel old(po)

老年代

整理算法

多线程

并发收集器（jdk4版本时发明，但未被使用默认，其它收集器会有stw，效率较低。cms的stw时间很短，效率高）

parNew（pararllel改良版）

年轻代

复制算法

多线程

CMS

老年代

标记清除算法

多线程

CMS原理

三色标记算法

三种颜色

白色

还未被标记算法检索到

灰色

自身被标记，下一级还没有被标记

黑色

自身被标记，下一级也被标记

多线程同时配合标记

浮动垃圾

当对象引用被赋值为null置位垃圾对象的时候，但此时gcroots检索已经走完，导致此对象未来得急被标记为垃圾对象，叫浮动垃圾

漏标

当对象引用被赋值为null垃圾对象的时候，又被其父父对象引用，但此时，gcroots已经检索到当前对象的父节点，其父父对象已经被标记过了，导致无法检索到当前对象，此时该对象会被当做垃圾对象。但实际上已经被父父对象引用而非垃圾对象，叫错标。

解决方案：写屏障

通过写屏障（类似aop切面）操作，监控引用对象在引用的时候如果是黑色的且当前对象为白色，就标记父级为灰色

解决方案：增量更新

只要有黑色对象新加了指向白色对象的引用关系，把这个新插入的引用记录下来，等并发扫描结束后，在将这个黑色对象为根重新扫描。

CMS过程

初始标记（stw）

并发标记

重新标记（stw）

并发清除

CMS缺点

有碎片垃圾

有错标，浮标问题

cms优点

可以与用户线程同时进行

G1回收处理器（jdk9中默认使用）

分区方法：G1默认是将堆划分为2048个大小相等的独立区域（Region），保留了概念隔离，不再是物理隔离，每个格子的角色不固定。格子分配比例年轻代8：1：1，年轻代默认占比5%。

区别：不再是分代处理器，是分区处理器

Humongous:大对象

g1不像是之前的垃圾处理器，大对象直接放入老年代，g1开辟一个新空间存储大对象

G1过程

初始标记（stw）

并发标记

最终标记（stw）

筛选回收（stw）

此处cwt是与cms的主要区别

g1可以设置总ctw时间（-XX:MaxGCPauseMillis默认200ms），在gc之前会先预估回收时间，只做部分回收。

jvm优化核心调整的参数

预估时间的算法：

内部会按照回收效益比排序，优先回收高的

整体使用标记整理算法

使用复制算法实现：将存活对象复制到空白区域，然后将其它清除掉

Mixed Gc

当老年代占有率达到参数（默认45%）设置的比例时触发

回收所有的年轻代和部分老年代（根据回收效益比计算）

young Gc

再做youngGc之前会先计算本次清理时间是否到达设置的回收时间，如果没到，继续把年轻代增加空间

full Gc

单线程收集

stw

缺点

适合于大内存服务器

算法复杂，如果服务器内存小，效率不如cms

漏标

解决方案：

SATB（原始快照）

与CMS区别

SATB效率更高

ZGC

垃圾处理器选择

4g以下的建议使用parallel

4-8g建议使用prarNew + cms

8g建议使用g1

百g建议使用ZGC

CMS和G1的区别

堆空间上分配的不同： 1 CMS收集器：将堆空间分成Eden、Servivor、old，并且他们是固定大小，JVM启动的时候设定且不能改变。 2 G1收集器：将堆空间分成多个大小相同的Region区域，逻辑上分Eden/Servivor、old，且大小是可变的，每次会根据GC的信息做出调整。 gc策略的不同： CMS：存在minor GC、full GC，且CMS的年轻代使用（ParNew）去完成，老年代使用CMS去完成。 G1：区分三种策略，minor Gc、mixed GC 、 full GC, 而mixedGC会回收整个yong区，回收部分old区

minor gc（young gc）（年轻代gc）

用途

用来回收年轻代里的垃圾对象

算法

复制算法

full gc/Major gc（老年代gc）

用途

用来回收年轻代和老年代的垃圾对象

算法

cms

标记清除

大多数使用

标记整理

老年代对象分配机制

分代年龄达到15（默认，CMS收集器默认是6）

大对象直接进入老年代（Eden区放不下即为大对象）

对象年龄动态判断机制

当survivor内一批对象的大小总和超过区域的50%，就会直接进入老年代

老年代空间分配担保机制

栈（线程）

每一个线程运行的时候，都会分配一块专属空间。

线程里的每一个方法运行都会在这块空间再分配一块栈帧

栈帧

栈帧主要包含

局部变量表

int a;int b;

如果是对象类型，存储的是堆的内存地址，指针引用的关系

操作数栈

定义：当程序给变量赋值的时候，会把数值1压入到操作数栈里（进栈），然后把值赋值给局部变量a（出栈）。

a = 1;

动态链接

把符号引用转变成直接引用。常量池是存在方法区里，动态链接会把方法区的内存地址存储下来，程序运行到该方法的时候，会根据这个动态链接到方法区查找运行时常量。

方法出口

当调用方法时，就把返回行数信息存储在方法出口区域，当方法执行完毕后会根据存储的信息继续向下执行代码。

当方法执行结束，栈帧即销毁

查看栈帧的执行过程

通过反编译字节码文件

javap -c GroupUserController.class > a.text

可查看底层执行过程（可查看JVM指令手册）

栈（本地方法栈）

native修饰的方法叫本地方法

用来存储本地方法

本地方法可以看做是一个接口，底层是调用其它语言的入口，一般是c语言。

方法区（元空间，永久代）

主要存储

常量

public static final int a = 1;

静态变量

public static User u = new User();

类信息

存储类的字节码信息

如果存储的是对象信息，那么存储的也是堆内存地址。

程序计数器

每一个线程运行的时候，都会分配一块专属空间，用来存储当前线程运行的内存地址,这块区域叫程序计数器

作用：当多个线程执行的时候，当前线程被其它优先级更高的线程中断，需要记录下当前线程的执行位置。以免继续执行的时候会重复执行

字节码执行引擎做修改

结构图

字节码执行引擎

用途

修改程序计数器

创建gc垃圾回收线程

jvm调优

工具

jvisualvm

命令行打开

arthas（常用）

阿里开源调优工具

文档网址

https://arthas.aliyun.com/doc/quick-start.html

调优原因

jvm底层在做垃圾回收的时候，会暂停用户线程（STW,stop the world），所以要减少垃圾回收

oom

核心目标

减少minorGC和full GC（主要）

调优案例

如图中空间分配：年轻代1G 老年代2G空间  s0区域100m  s1区域100m

产生原因：当用户线程产生每秒60M的数据到eden区域，执行minnor gc时将60m数据复制到s0区域，由于老年代的动态年龄判断机制，会直接将数据复制到老年代区域而不是进入s0区域，所以会产生老年代内存溢出问题。

解决方法：如上图所示，将年轻代大小增加1g，老年代大小减少1g。这样就不会触发动态年龄判断机制。

参数配置

Xmn：年轻代空间大小

Xss:每个线程栈大小

Xms：每个线程的初始堆大小，默认物理内存的1/64

Xmx：最小堆大小

调优实例

线上环境不能给图形化界面开放端口

压测环境使用图形化界面连接服务器

图形化界面远程链接连高可用集群中的一个

负载摘除

流量回放

cpu突然飙高怎么办：

1，定位-先查看是什么程序占用cpu：arthas-thread命令

2，看线程是业务线程还是系统线程

业务线程

查看调用栈，看看是哪个方法在占用cpu

系统线程

查看gc问题，查看是哪里出现无法gc

jvm类加载机制

加载过程

加载

写入jvm虚拟机的方法区，同时创建堆class对象

连接

验证

校验字节码文件的正确性

准备

为类的静态变量分配内存并初始化默认值（如static int a= 5,此时只是分配默认值0，5会在初始化的时候赋值），预分配内存

解析

把类中的符号引用转换为直接引用

初始化

对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块

类加载器

1，引导类加载器（Bootstrap Classloader）

负责加载jre/lib下的核心类库

底层由c++实现

2，扩展类加载器(Extension Classloader)

负责加载jre/lib/ext下的1包

3，应用类加载器(Application Classloader)

负责加载classpath下的class字节码文件

4，自定义类加载器

负责加载用户自定义目录下的class文件

双亲委派机制

当某个类加载器需要加载某个.class文件时，它首先把这个任务委托给他的上级类加载器，递归这个操作，如果上级的类加载器没有加载，自己才会去加载这个类。

优点

避免类的重复加载，当父加载器已经加载过该类，没有必要子加载器再加载一遍，保证了唯一性

沙箱安全机制，自己写的String类不会被加载，可以防止核心api库被随意篡改

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