JVM体系基础知识
2021-05-04 20:10:43 28 举报AI智能生成
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jvm
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大纲/内容
JVM体系基础知识
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
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
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；
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
整理算法
并行收集器（jdk8默认使用的收集器）
parallel scavenge(ps)
多线程
parallel old(po)
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）
CMS
标记清除算法
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
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
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
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
full gc/Major gc（老年代gc）
用来回收年轻代和老年代的垃圾对象
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
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
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
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
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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