JVM总结

Dear 丶 2023-07-12 14:08 11阅读 0赞

## 常见面试题 ##

*  请你谈谈你对JVM的理解？
 *  java8虚拟机和之前的变化和更新
 *  什么是OOM？什么是栈溢出？怎么分析？
 *  JVM常见的调优参数有哪些？
 *  内存快照如何抓取，怎么分析Dump文件？
 *  谈谈JVM中，类加载器你的认识

## 常见名词 ##

*  JVM的位置
 *  JVM的体系结构
 *  类加载器
 *  双亲委派机制
 *  沙箱安全机制
 *  Native
 *  PC寄存器
 *  方法区
 *  栈
 *  堆
 *  三种JVM
 *  新生区、老年区、永久区
 *  堆内存调优
 *  GC常用算法
 *  JMM

## JVM的位置 ##

*  JVM运行在操作系统之上，相当于一个软件
 *  JVM是使用C/C++语言写的

## JVM结构 ##

简单示例图：

![JVM示意图][JVM]

*  JVM调优几乎都是在调堆里面的东西
 *  lombok插件，实际上是在执行引擎上动态加载了setter、getter方法

## 类加载器 ##

> 虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。——《深入理解java虚拟机》

当一个对象创建之后，它的引用放在栈里面，而对象本身放在堆里面

public class App { 
        private String name;
    
        public static void main(String[] args) { 
            App app = new App();
            app.name = "小明";
            App app1 = new App();
            app1.name = "小红";
            System.out.println(app == app1); // false
            Class<? extends App> clazz = app.getClass();
            Class<? extends App> clazz1 = app1.getClass();
            System.out.println(clazz == clazz1); // true
            System.out.println(clazz == App.class); // true
    
            ClassLoader cl = App.class.getClassLoader();
            System.out.println(cl); // sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
            System.out.println(cl.getParent()); // sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@76fb509a
            System.out.println(cl.getParent().getParent()); // null
            // 这里出现null是因为由于JVM底层是C++语言实现的，java程序调用不到
        }
    }

public static void main(String[] args) { 
        System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader());
        // sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
    }

简单示例图：

![类加载器][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

类加载器的种类：

*  启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）,或者叫根加载器。这个类加载器主要是去加载你在本机配置的环境变量 Java\_Home/jre/lib 目录下的核心API，如rt.jar
 *  扩展类加载器（Extension ClassLoader）。这个加载器负责加载 Java\_Home/jre/lib/ext 目录下的所有jar包。
 *  应用程序类加载器（Application ClassLoader）。这个加载器加载的是你的项目工程的ClassPath目录下的类库。如果用户没有自定义自己的类加载器，这个就是程序默认的类加载器。

> 面试题：[Class.forName 和 ClassLoader 有什么区别？][Class.forName _ ClassLoader]  
> 简单总结：
> 
>  *  Class.forName() 方法实际上也是调用的 CLassLoader 来实现的。
>  *  Class.forName 加载类是将类进了初始化，而 ClassLoader 的 loadClass 并没有对类进行初始化，只是把类加载到了虚拟机中。

## 双亲委派机制 ##

当一个类在加载的时候，都会先委派它的父加载器去加载，这样一层层的向上委派，直到最顶层的启动类加载器。如果顶层无法加载（即找不到对应的类），就会一层层的向下查找，直到找到为止。这就是类的双亲委派机制。

目的：保证安全，防止程序员自定义与源码中相同的类。

package java.lang;
    
    /** * 错误: 在类 java.lang.String 中找不到 main 方法, 请将 main 方法定义为: * public static void main(String[] args) * 否则 JavaFX 应用程序类必须扩展javafx.application.Application */
    public class String { 
        public String toString() { 
            return "Hello";
        }
    
        public static void main(String[] args) { 
            String str = new String();
            str.toString();
        }
    }

因为双亲委派机制的存在，去加载我们自己定义的“java.lang.String”类的时候，会最终委派到顶层的启动类加载器，然后找到了rt.jar包下的“java.lang.String”。找到之后，就直接加载rt.jar包的String类（也就是我们经常使用的那个字符串类），不再去向下查找，也就加载不了我们自定义的String类了。由于，rt.jar包下的String类中确实没有main方法，所以才会有以上的报错信息。

> 参考文章：https://mp.weixin.qq.com/s/gt9IjakAxk4ahzLpsEIBwg

## 沙箱安全机制 ##

> 参考文章：https://blog.csdn.net/qq\_30336433/article/details/83268945

## Native ##

凡是带有native关键字的，说明java的作用域达不到了，会去调用底层C语言的库。

native关键字修饰的方法会进入本地方法栈，然后调用本地方法，本地接口（JNI，即java native interface）

JNI的作用：扩展java的使用，融合不同的编程语言为java所用！

历史原因：java诞生初期，`C、C++`横行，要想立足，必须有调用`C、C++`的程序，于是java在内存中开辟了“本地方法栈”，用于登记native方法，最终执行的时候通过JNI加载本地方法库中的方法。native方法可以驱动打印机，操作电脑上的硬件等等，但是native关键字的使用在企业级应用中较为少见。

例如：线程类中的`start0()`方法，就是native方法

![线程中的JNI][JNI]

以及我们常用的`currentTimeMillis()`方法

public static native long currentTimeMillis();

## PC寄存器 ##

即程序计数器（Program Counter Register）

每一个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，相当于一个指针，指向方法区中方法的字节码，在执行引擎读取下一条指令。是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计。

## 方法区 ##

方法区被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法，如构造函数，接口代码也在此定义，简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区域属于共享空间。

静态变量、常量、类信息（构造方法、接口定义）、运行时的常量池存在方法区中，但是实例变量存在堆内存中，和方法无关（static、final、Class）

## 栈 ##

相关问题：为什么main函数先执行，最后结束？

因为main函数最先被压入栈中，最后弹出

栈内存主管程序的运行，生命周期和线程同步，线程结束，栈内存就会释放，不存在垃圾回收机制。一旦线程结束，栈就结束

栈存放的内容：

*  8大基本类型
 *  对象引用
 *  实例方法

栈运行原理：

![栈][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

程序正在执行的方法，一定在栈的顶部

如果递归次数太多，会发生栈溢出错误：

/** * Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError */
    public class Application { 
        public static void main(String[] args) { 
            new Application().a();
        }
    
        public void a() { 
            b();
        }
    
        public void b() { 
            a();
        }
    }

#### 对象创建的过程 ####

示例代码：

class Pet { 
        String name;
    
        public Pet(String name) { 
            this.name = name;
        }
    
        public void say() { 
            System.out.println("hello, world");
        }
    }
    
    public class Application { 
        public static void main(String[] args) { 
            Pet pet = new Pet("小花");
            Pet pet1 = new Pet("小丽");
        }
    }

1、首先从main函数开始执行，main函数首先入栈，加载Application类

![第一步][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

2、当创建第一个对象Pet（即遇到new关键字）的实例的时候，加载Pet类

![第二步][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

3、创建pet对象，在栈中储存对象的引用、在堆中储存对象实例

![第三步][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

## 堆 ##

三种JVM

*  Sun公司的HotPot：普遍使用的JVM版本
 *  BEA 的JRockit
 *  IBM公司的J9VM

我们所学习的堆的优化使用的是HotPot版本的JVM。

Heap，一个JVM只有一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的。类加载器读取了类文件后，一般把类的实例放在堆中，即堆保存的是引用类型的真实对象

堆分为三个区域

*  新生区
    
     *  伊甸园Eden Space
     *  幸存0区
     *  幸存1区
 *  养老区
 *  永久存储区

垃圾回收分为两种：轻GC、重GC，垃圾回收一般在伊甸园区和养老区

如果堆内存满的话，会出现OOM错误，如下：

/** * java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space */
    public class Application { 
        public static void main(String[] args) { 
            String str = "hello";
            while (true) { 
                str += "world";
            }
        }
    }

出现OOM的几种情况

*  一个启动类加载了大量第三方jar包
 *  Tomcat部署了太多应用
 *  大量动态生成反射类

#### 永久区 ####

这个区域常驻内存，用来存放JDK自身携带的Class对象、interface元数据，存储的是java运行时的一些环境或类信息，这个区域不存在垃圾回收，关闭JVM虚拟机才会释放这个区域的内存。JDK8以后，永久储存区改了个名字，叫做“元空间”

*  JDK1.6之前：永久代，常量池在方法区中
 *  JDK1.7 ：永久代慢慢退化，常量池在堆中
 *  JDK1.8之后：无永久代，常量池在元空间中（方法区也在元空间中）

我们可以使用`Runtime.getRuntime()`方法拿到我们当前的运行环境

public class Application { 
        public static void main(String[] args) { 
            // 返回虚拟机视图使用的最大内存
            long max = Runtime.getRuntime().maxMemory();
            // 返回JVM的初始化总内存
            long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();
    
            System.out.println("max：" + max / 1024 / 1024 + "MB");
            System.out.println("total：" + total / 1024 / 1024 + "MB");
    
            // max：2706MB
            // total：184MB
        }
    }

使用参数，可以调节上面的内存数量：

// -Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails
    // -Xms 表示设置初始化内存大小，默认为计算机内存的1/64
    // -Xmx 表示设置最大分配内存，默认为计算机内存的1/4
    // -XX:+PrintGCDetails表示打印GC垃圾回收信息

运行结果：

max：981MB
    total：981MB
    Heap
     PSYoungGen      total 305664K, used 20971K [0x00000000eab00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
      eden space 262144K, 8% used [0x00000000eab00000,0x00000000ebf7afb8,0x00000000fab00000)
      from space 43520K, 0% used [0x00000000fd580000,0x00000000fd580000,0x0000000100000000)
      to   space 43520K, 0% used [0x00000000fab00000,0x00000000fab00000,0x00000000fd580000)
     ParOldGen       total 699392K, used 0K [0x00000000c0000000, 0x00000000eab00000, 0x00000000eab00000)
      object space 699392K, 0% used [0x00000000c0000000,0x00000000c0000000,0x00000000eab00000)
     Metaspace       used 3499K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
      class space    used 383K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

> 面试题：在写程序的过程中，遇见过OOM吗？怎么解决的？  
> 1、尝试扩大堆内存，看效果  
> 2、使用专业工具分析内存，看一下那个地方出现了问题

#### 使用jprofiler ####

使用方法：

*  官网：https://www.ej-technologies.com/products/jprofiler/overview.html
 *  IDEA插件名称jprofiler
 *  安装完插件之后要在`setting-->tools-->jprofiler`处设置`jprofiler.exe`的路径

运行程序(参数：`-Xms100m -Xmx800m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError`)：

> \-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 表示生成Dump文件记录OOM的信息

package com.qianyu.demo;
    
    import java.util.*;
    
    /** * java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space * Dumping heap to java_pid16576.hprof ... * Heap dump file created [685667719 bytes in 3.876 secs] * 程序执行了：164 * java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space * at com.qianyu.demo.Application.<init>(Application.java:7) * at com.qianyu.demo.Application.main(Application.java:15) */
    public class Application { 
    
        int[] arr = new int[1024 * 1024];
    
        public static void main(String[] args) { 
            ArrayList<Application> list = new ArrayList<>();
            int count = 0;
            try { 
                while (true) { 
                    count++;
                    list.add(new Application());
                }
            } catch (Error e) { 
                System.out.println("程序执行了：" + count);
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

打开项目根目录之后，会出现以hprof结尾的文件，双击即可打开

![文件位置][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

查看大对象，基本可以判断是哪一个对象引起的OOM

![查看大对象][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

定位到某一行：

![定位][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

## GC ##

GC算法总结：

> 参考文章：https://mp.weixin.qq.com/s/x83h2MKCxsHJDpoWbVtnig

[JVM]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200308193517941.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200308193734381.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[Class.forName _ ClassLoader]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2MjEwMjI1Mg==&mid=2247491888&idx=3&sn=e083c09de6ac36228e9a7b2e221b5f00&chksm=ce0e56b3f979dfa56af45c2fc64170bb5fb96aaec858cadd1ae4b096f699d94730b574f2cf26&scene=126&sessionid=1582094915&key=844c91e610caa57ac03b1b25b4c30a05c4472cd126c6d426335525ebb833fdd8770da82a2b521ecc9f8fac98e77fc0bdf7826ca0eb9b88f1b795028370308345c7b30b3a3ec2374217646cfe18394a4a&ascene=1&uin=MjE4MDM1NDU3NQ%3D%3D&devicetype=Windows+10&version=62080079&lang=zh_CN&exportkey=AZFNIYGAG3WuNjNUqNnVIkE%3D&pass_ticket=lzEKvogYfmiCivIDI99aI29f%2BHrSZ%2FVB3jxkbkoZzFPzqTZ7pCjkySptlukS7MFR
[JNI]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200308200114148.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/2020030820042997.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200308200629823.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/2020030820070045.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200308200723284.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: https://img-blog.csdnimg.cn/2020030820092389.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200308200945438.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200308201016598.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMzQ1NTI3NzkyNQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70