jvm总结

一时失言乱红尘 2023-06-19 07:19 5阅读 0赞

学习JVM的目的也很简单：

*  能够知道JVM是什么，为我们干了什么，具体是怎么干的。能够理解到一些初学时不懂的东西
 *  在面试的时候有谈资
 *  能装逼

# 一、简单聊聊JVM #

## 1.1先来看看简单的Java程序 ##

package cn.myframe.demo;
    
    public class D5 {     
        public static void main(String[] args) { 
            System.out.println("this is D5");
        }
    }

我们在初学的时候肯定用过`javac`来编译`.java`文件代码，用过`java`命令来执行编译后生成的`.class`文件。

> java cn.myframe.demo.D5,不需要.class而且要在cn的上级目录执行命令

## 1.2编译过程 ##

`.java`文件是由Java源码编译器(上述所说的java.exe)来完成，流程图如下所示：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Nvd2JpbjIwMTI_size_16_color_FFFFFF_t_70]

![在这里插入图片描述][20191204144233881.png]

### 1.2.1编译时期-语法糖 ###

> 语法糖可以看做是编译器实现的一些“小把戏”，这些“小把戏”可能会使得效率“大提升”。

最值得说明的就是泛型了，这个语法糖可以说我们是经常会使用到的！

*  泛型只会在Java源码中存在，编译过后会被替换为原来的原生类型（Raw Type，也称为裸类型）了。这个过程也被称为：泛型擦除。

有了泛型这颗语法糖以后：

*  代码更加简洁【不用强制转换】
 *  程序更加健壮【只要编译时期没有警告，那么运行时期就不会出现ClassCastException异常】
 *  可读性和稳定性【在编写集合的时候，就限定了类型】

## 1.3JVM实现跨平台 ##

至此，我们通过`java.exe`编译器编译我们的`.java`源代码文件生成出`.class`文件了！

这些`.class`文件很明显是不能直接运行的，它不像C语言(编译cpp后生成exe文件直接运行)

这些`.class`文件是交由JVM来解析运行！

*  JVM是运行在操作系统之上的，每个操作系统的指令是不同的，而JDK是区分操作系统的，只要你的本地系统装了JDK，这个JDK就是能够和当前系统兼容的。
 *  而class字节码运行在JVM之上，所以不用关心class字节码是在哪个操作系统编译的，只要符合JVM规范，那么，这个字节码文件就是可运行的。
 *  所以Java就做到了跨平台—>一次编译，到处运行！

## 1.4class文件和JVM的恩怨情仇 ##

### 1.4.1类的加载时机 ###

虚拟机规范则是严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行“初始化”(class文件加载到JVM中)：

*  创建类的实例(new 的方式)。访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值，调用类的静态方法
 *  反射的方式
 *  初始化某个类的子类，则其父类也会被初始化
 *  Java虚拟机启动时被标明为启动类的类，直接使用java.exe命令来运行某个主类（包含main方法的那个类）
 *  当使用JDK1.7的动态语言支持时(…)

所以说：

*  Java类的加载是动态的，它并不会一次性将所有类全部加载后再运行，而是保证程序运行的基础类(像是基类)完全加载到jvm中，至于其他类，则在需要的时候才加载。这当然就是为了节省内存开销

### 1.4.2如何将类加载到jvm ###

class文件是通过类的加载器装载到jvm中的！

Java默认有三种类加载器：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Nvd2JpbjIwMTI_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

各个加载器的工作责任：

*  1）Bootstrap ClassLoader：负责加载$JAVA\_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class，由C++实现，不是ClassLoader子类
 *  2）Extension ClassLoader：负责加载java平台中扩展功能的一些jar包，包括$JAVA\_HOME中jre/lib/\*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包
 *  3）App ClassLoader：负责记载classpath中指定的jar包及目录中class

>     1. src路径下的文件在编译后都会放到 WEB-INF/classes 路径下。默认classpath 就是指这里。
>     2. 用maven构建项目时，resources目录就是默认的classpath

工作过程：

*  1、当AppClassLoader加载一个class时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给父类加载器ExtClassLoader去完成。
 *  2、当ExtClassLoader加载一个class时，它首先也不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给BootStrapClassLoader去完成。
 *  3、如果BootStrapClassLoader加载失败（例如在$JAVA\_HOME/jre/lib里未查找到该class），会使用ExtClassLoader来尝试加载；
 *  4、若ExtClassLoader也加载失败，则会使用AppClassLoader来加载
 *  5、如果AppClassLoader也加载失败，则会报出异常ClassNotFoundException

其实这就是所谓的双亲委派模型。简单来说：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把请求委托给父加载器去完成，依次向上。

好处：

*  防止内存中出现多份同样的字节码(安全性角度)

特别说明：

*  类加载器在成功加载某个类之后，会把得到的 `java.lang.Class`类的实例缓存起来。下次再请求加载该类的时候，类加载器会直接使用缓存的类的实例，而不会尝试再次加载。

### 1.4.2类加载详细过程 ###

加载器加载到jvm中，接下来其实又分了好几个步骤：

*  加载，查找并加载类的二进制数据，在Java堆中也创建一个java.lang.Class类的对象。
 *  连接，连接又包含三块内容：验证、准备、初始化。

- 1）验证，文件格式、元数据、字节码、符号引用验证；  
\- 2）准备，为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值；  
\- 3）解析，把类中的符号引用转换为直接引用

*  初始化，为类的静态变量赋予正确的初始值。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Nvd2JpbjIwMTI_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

### 1.4.3 JIT即时编辑器 ###

> Just in time编译，也叫做运行时编译，不同于 C / C++ 语言直接被翻译成机器指令，javac把java的源文件翻译成了class文件，而class文件中全都是Java字节码。那么，JVM在加载了这些class文件以后，针对这些字节码，逐条取出，逐条执行，这种方法就是解释执行。
> 
> 还有一种，就是把这些Java字节码重新编译优化，生成机器码，让CPU直接执行。这样编出来的代码效率会更高。通常，我们不必把所有的Java方法都编译成机器码，只需要把调用最频繁，占据CPU时间最长的方法找出来将其编译成机器码。这种调用最频繁的Java方法就是我们常说的热点方法（Hotspot，说不定这个虚拟机的名字就是从这里来的）。
> 
> 这种在运行时按需编译的方式就是Just In Time。

一般我们可能会想：JVM在加载了这些class文件以后，针对这些字节码，逐条取出，逐条执行–>解析器解析。

但如果是这样的话，那就太慢了！

我们的JVM是这样实现的：

*  就是把这些Java字节码重新编译优化，生成机器码，让CPU直接执行。这样编出来的代码效率会更高。
 *  编译也是要花费时间的，我们一般对热点代码做编译，非热点代码直接解析就好了。

> 热点代码解释：一、多次调用的方法。二、多次执行的循环体

使用热点探测来检测是否为热点代码，热点探测有两种方式：

*  采样
 *  计数器

目前HotSpot使用的是计数器的方式，它为每个方法准备了两类计数器：

*  方法调用计数器（Invocation Counter）
 *  回边计数器（Back EdgeCounter）。
 *  在确定虚拟机运行参数的前提下，这两个计数器都有一个确定的阈值，当计数器超过阈值溢出了，就会触发JIT编译。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Nvd2JpbjIwMTI_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

## 1.5类加载完以后JVM干了什么？ ##

在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。

### 1.5.1JVM的内存模型 ###

首先我们来了解一下JVM的内存模型的怎么样的：

*  基于jdk1.8画的JVM的内存模型—>我画得比较细。
    
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Nvd2JpbjIwMTI_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

简单看了一下内存模型，简单看看每个区域究竟存储的是什么(干的是什么)：

*  堆：存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存
 *  虚拟机栈：虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息
 *  本地方法栈：本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。
 *  方法区：存储已被虚拟机加载的类元数据信息(元空间)
 *  程序计数器：当前线程所执行的字节码的行号指示器

### 1.5.2例子中的流程 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Nvd2JpbjIwMTI_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

我来宏观简述一下我们的例子中的工作流程：

*  1、通过`java.exe`运行`Java3yTest.class`，随后被加载到JVM中，元空间存储着类的信息(包括类的名称、方法信息、字段信息…)。
 *  2、然后JVM找到Java3yTest的主函数入口(main)，为main函数创建栈帧，开始执行main函数
 *  3、main函数的第一条命令是`Java3y java3y = new Java3y();`就是让JVM创建一个Java3y对象，但是这时候方法区中没有Java3y类的信息，所以JVM马上加载Java3y类，把Java3y类的类型信息放到方法区中(元空间)
 *  4、加载完Java3y类之后，Java虚拟机做的第一件事情就是在堆区中为一个新的Java3y实例分配内存, 然后调用构造函数初始化Java3y实例，这个Java3y实例持有着指向方法区的Java3y类的类型信息（其中包含有方法表，java动态绑定的底层实现）的引用
 *  5、当使用`java3y.setName("Java3y");`的时候，JVM根据java3y引用找到Java3y对象，然后根据Java3y对象持有的引用定位到方法区中Java3y类的类型信息的方法表，获得`setName()`函数的字节码的地址
 *  6、为`setName()`函数创建栈帧，开始运行`setName()`函数

从微观上其实还做了很多东西，正如上面所说的类加载过程（加载–>连接(验证，准备，解析)–>初始化)，在类加载完之后jvm为其分配内存(分配内存中也做了非常多的事)。由于这些步骤并不是一步一步往下走，会有很多的“混沌bootstrap”的过程，所以很难描述清楚。

## 1.6简单聊聊各种常量池 ##

在写这篇文章的时候，原本以为我对`String s = "aaa";`类似这些题目已经是不成问题了，直到我遇到了`String.intern()`这样的方法与诸如`String s1 = new String("1") + new String("2");`混合一起用的时候

*  我发现，我还是太年轻了。

public static void main(String[] args) { 
        String s = new String("1");
        s.intern();
        String s2 = "1";
        System.out.println(s == s2);
    
        String s3 = new String("1") + new String("1");
        s3.intern();
        String s4 = "11";
        System.out.println(s3 == s4);
    }

打印结果是

*  jdk6 下`false false`
 *  jdk7 下`false true`

### 1.6.1各个常量池的情况 ###

针对于jdk1.7之后：

*  常量池位于堆中
 *  运行时常量池位于堆中
 *  字符串常量池位于堆中

常量池存储的是：

*  字面量(Literal)：文本字符串等---->用双引号引起来的字符串字面量都会进这里面
 *  符号引用(Symbolic References)

- 类和接口的全限定名(Full Qualified Name)  
\- 字段的名称和描述符(Descriptor)  
\- 方法的名称和描述符

> 常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，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
> 
> –>来源：深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践（第二版）

现在我们的运行时常量池只是换了一个位置(原本来方法区，现在在堆中),但可以明确的是：类加载后，常量池中的数据会在运行时常量池中存放！

> HotSpot VM里，记录interned string的一个全局表叫做StringTable，它本质上就是个HashSet。注意它只存储对java.lang.String实例的引用，而不存储String对象的内容

字符串常量池只存储引用，不存储内容！

## 1.7GC垃圾回收 ##

可以说GC垃圾回收是JVM中一个非常重要的知识点，应该非常详细去讲解的。但在我学习的途中，我已经发现了有很好的文章去讲解垃圾回收的了。

所以，这里我只简单介绍一下垃圾回收的东西，详细的可以到下面的面试题中查阅和最后给出相关的资料阅  
读吧~

### 1.7.1JVM垃圾回收简单介绍 ###

在C++中，我们知道创建出的对象是需要手动去delete掉的。我们Java程序运行在JVM中，JVM可以帮我们“自动”回收不需要的对象，对我们来说是十分方便的。

虽然说“自动”回收了我们不需要的对象，但如果我们想变强，就要变秃…不对，就要去了解一下它究竟是怎么干的，理论的知识有哪些。

首先，JVM回收的是垃圾，垃圾就是我们程序中已经是不需要的了。垃圾收集器在对堆进行回收前，第一件事情就是要确定这些对象之中哪些还“存活”着，哪些已经“死去”。判断哪些对象“死去”常用有两种方式：

*  引用计数法–>这种难以解决对象之间的循环引用的问题
 *  可达性分析算法–>主流的JVM采用的是这种方式

现在已经可以判断哪些对象已经“死去”了，我们现在要对这些“死去”的对象进行回收，回收也有好几种算法：

*  标记-清除算法
 *  复制算法
 *  标记-整理算法
 *  分代收集算法

(这些算法详情可看下面的面试题内容)~

无论是可达性分析算法，还是垃圾回收算法，JVM使用的都是准确式GC。JVM是使用一组称为OopMap的数据结构，来存储所有的对象引用(这样就不用遍历整个内存去查找了，时间换空间)。  
并且不会将所有的指令都生成OopMap，只会在安全点上生成OopMap，在安全区域上开始GC。

*  在OopMap的协助下，HotSpot可以快速且准确地完成GC Roots枚举（可达性分析）。

上面所讲的垃圾收集算法只能算是方法论，落地实现的是垃圾收集器：

*  Serial收集器
 *  ParNew收集器
 *  Parallel Scavenge收集器
 *  Serial Old收集器
 *  Parallel Old收集器
 *  CMS收集器
 *  G1收集器

上面这些收集器大部分是可以互相组合使用的

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Nvd2JpbjIwMTI_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

## 1.8JVM参数与调优 ##

很多做过JavaWeb项目(ssh/ssm)这样的同学可能都会遇到过OutOfMemory这样的错误。一般解决起来也很方便，在启动的时候加个参数就行了。

上面也说了很多关于JVM的东西—>JVM对内存的划分啊，JVM各种的垃圾收集器啊。

内存的分配的大小啊，使用哪个收集器啊，这些都可以由我们根据需求，现实情况来指定的，这里就不详细说了，等真正用到的时候才回来填坑吧~~~~

参考资料：

*  [http://www.cnblogs.com/redcreen/archive/2011/05/04/2037057.html][http_www.cnblogs.com_redcreen_archive_2011_05_04_2037057.html]—JVM系列三:JVM参数设置、分析

# 二、JVM面试题 #

拿些常见的JVM面试题来做做，加深一下理解和查缺补漏：

*  1、详细jvm内存模型
 *  2、讲讲什么情况下回出现内存溢出，内存泄漏？
 *  3、说说Java线程栈
 *  4、JVM 年轻代到年老代的晋升过程的判断条件是什么呢？
 *  5、JVM 出现 fullGC 很频繁，怎么去线上排查问题？
 *  6、类加载为什么要使用双亲委派模式，有没有什么场景是打破了这个模式？
 *  7、类的实例化顺序
 *  8、JVM垃圾回收机制，何时触发MinorGC等操作
 *  9、JVM 中一次完整的 GC 流程（从 ygc 到 fgc）是怎样的
 *  10、各种回收器，各自优缺点，重点CMS、G1
 *  11、各种回收算法
 *  12、OOM错误，stackoverflow错误，permgen space错误

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