JVM

深入理解JVM

  1. 第二章——JVM内存模型
  2. 第三章——GC算法和收集器
  3. 第四章——调优工具
  4. 第七章——类加载

1. JVM内存模型：堆、栈、程序计数器、方法区

  1. 堆：是jvm中最大的一块内存空间，堆主要存放用new创建的对象，gc回收主要回收的就是堆中的对象空间。堆又可以分为年轻代和老年代
    1. 年轻代用于存放新生对象和短期存活的对象。年轻代又可以分为eden区、FromSurvivor区和ToSurvivor区。对象优先分配到eden区，当eden区空间满了之后，会执行MirrorGc(复制算法)，回收年轻代的空间。如果对象经过多次gc依旧存活(默认15次)，会移动到老年代
    2. 老年代主要存放长期存活对象和大对象。如果是大对象，直接分配到老年代。当老年代空间满了之后，会执行FullGc，回收堆空间，如果FullGc之后空间依旧不足，抛出OOM
  2. 栈：分为java虚拟机栈和本地方法栈。
    1. java虚拟机栈执行java方法，创建栈帧，存放着局部变量表，局部变量表上存放着基本数据类型和引用数据类型的引用指针。java虚拟机栈用于执行线程。可能导致OOM。
    2. 本地方法栈执行System方法
    3. java虚拟机栈可能出现栈溢出，因为每次递归产生的信息都会存放在java虚拟机栈
  3. 程序计数器：每个线程都有一个程序计数器，是当前线程在所执行的字节码的行号指示器。单线程下可有可无，多线程中CPU通过时间片轮转调度方式来调用线程，发生中断时，当前线程在字节码执行的位置会被保存，当线程再次获得时间片时，从保存的位置继续执行，实现快速恢复状态。如果是java方法，记录字节码文件的行号，如果是本地方法，值为0
  4. 方法区：用于存放类信息，常量、静态变量和编译后的代码，1.8之前用永久代实现，容易发生OOM。1.8之后被元空间替代，元空间是本地内存。可以通过-XX:MetaSpaceSize设置元空间大小。
    1. 方法区也会参与GC回收，但条件苛刻，会进行常量池回收和类卸载
      1. 当堆中不存在该类的实例
      2. 加载该类的类加载器被回收
      3. class对象以及被回收
  5. 运行时常量池：属于方法区

2. 哪些是线程共享的，哪些是线程私有的

  1. 线程共享：堆、方法。因为存放着对象和常量、静态变量。
  2. 线程私有：栈、程序计数器。

3. 哪些区域可能发生OOM：堆、栈、方法区

  1. 堆：
    1. 老年代存在大对象，导致无法继续存入对象。可以通过jmap查看进程的堆内存使用情况。如果是存在大对象，因为对象必须要存活着，所以可以通过-Xmx和-Xms调整堆内存大小
    2. 存在未被回收的引用，发生内存泄漏。可以通过可达性分析查找泄漏对象，通过Gcroots查找
  2. 栈
    1. 大量创建线程，导致java虚拟机栈内存不足。可以通过-Xss调整栈大小。
    2. 如果栈递归深度过深，会发生栈溢出
  3. 方法区
    1. 运行时常量池存放大量的String
    2. 运行时创建大量的类，存放大量类信息到方法区
    3. 1.8之前，永久代和方法区绑定，可以通过调整永久代的大小解决：-XX:MaxPermSize
    4. 1.8之后，方法区被元空间替代，通过调用元空间大小解决：-XX:MetaSpaceSize

4. 各种变量在JVM的位置：局部变量、全局变量、静态变量

  1. 局部变量：基本数据类型变量和值都在栈。引用数据类型的变量在栈，值在堆
  2. 全局变量：变量和值都在堆中
  3. 静态变量、常量：方法区

5. 类加载过程：加载、连接、初始化

  1. 加载：将字节码文件加载到jvm，将类的静态变量、静态方法、常量和编译后的代码存入方法区，生成一个class对象
  2. 连接
    1. 验证：检查字节码文件符合Java虚拟机规范，确保加载后不会发生错误
    2. 准备：在方法区中为静态变量分配内存空间并设初值为0
    3. 解析：将常量的符号引用转化未直接引用。"a"会被替换为内存地址
  3. 初始化：为静态变量赋值

6. 类加载器：

  1. BootstrapClassLoader：启动类加载器。加载jre中的rt.jar
  2. ExtensionClassLoader：拓展类加载器。加载lib中的ext文件
  3. ApplicationClassLoader：应用类加载器。加载环境变量classpath和java.class.path的类

7. 双亲委派机制，如何破坏，全盘委托

  1. 流程：当某个类加载器接到加载任务时，先检查该类是否被加载，如果已经被加载，返回class对象，否则将加载任务交给父类加载器进行加载。当父类加载器无法加载类时，才会由子类加载器进行加载
  2. 优点：避免类重复加载
  3. 破坏双亲委派：重写ClassLoader类的loadClass()方法
  4. 不想破坏双亲委派：重写ClassLoader类的findClass()方法
  5. 全盘委托：当ClassLoaderA加载一个类时，如果没有指定使用ClassLoaderB加载类的相关依赖类，那么这个类的相关依赖类也会由ClassLoaderA进行加载

8. Java引用类型，GC标记方法

  1. 强引用：不会被GC回收，new创建的对象是强引用

  2. 弱引用：一定会被GC

  3. 虚引用：随时会被GC

  4. 软引用：内存不足时会被GC

  5. 引用计数法：每个对象都有一个引用计数器，有引用计数+1，释放引用计数-1。0表示可以回收。

    1. 存在循环引用问题：如果两个对象相互引用，那么它们的计数都不为0，无法被回收
    2. 优点：实时计算，几乎没有延迟
    3. 缺点：实时计算，开销大，吞吐量下降

  6. 可达性分析：从Gcroots开始往下搜索，当一个对象到gcroots中没有任何一条引用链与之相连，表明该引用可以被回收。

    1. GCroot引用链类似树结构，GcRoot会与需要存活的对象相连，而可以被回收的对象则不会相连
    2. 对象会经历两次标记才能被确定为可回收。第二次标记通过finalize()方法判断

  7. Gcroots：java虚拟机栈的(栈帧的局部变量表)引用对象，本地方法栈的引用，方法区的静态变量引用，方法区的常量引用

9. GC算法

  1. 标记清除算法
    1. 过程：先对需要存活的对象进行标记，标记完成之后清除没有被标记的对象
    2. 问题：如果堆中存在大量对象，标记和清除效率低，清除过程会产生空间碎片
  2. 标记复制算法
    1. 过程：先将内存分成大小相等的两块，先使用其中一块，当这一块空间满了之后，先堆需要存活的对象进行标记，然后清除没有被标记的对象，将存活的对象移到另一快
    2. 问题：运行高效，空间浪费
  3. 标记整理算法
    1. 过程：先对需要存活的对象进行标记，标记完成后将标记的对象移到一边，然后清除边界以外的空间
    2. 优点：不会产生空间碎片
    3. 缺点：用于老年代，需要标记的对象多且移动开销大，效率低
  4. 分代收集算法：目前hot spot虚拟机使用分代收集算法管理堆空间。分为老年代和新生代。
    1. 新生代：朝生夕死，存活率低，使用复制算法
    2. 老年代：长期存活与大对象，存活率高，使用标记整理算法

10. 为什么复制算法比标记整理要快，为什么老年代不用复制算法

  1. 因为复制算法是用于年轻代，年轻代对象大多存活时间都比较短且都比较小，所以标记的对象少而且占用空间小，因此复制算法可以将内存分成两块也不用担心放不下。且移动对象的开销也小。因此复制算法的运行速度快
  2. 因为老年代的对象大多都是长期存活且大对象，如果使用复制算法，内存开销大，再者就算标记的过程也会慢，因为老年代的对象大多都是要存活的，并且老年代存在大对象，复制移动的开销也大。

11. GC收集器

  1. CMS：并发标记清除
    1. 过程：初始标记、并发标记、重新标记、并发清除
    2. 初始标记和重新标记会发生STW，但因为是并发，停顿短
    3. 优点：并发标记清除，效率高，停顿短
    4. 缺点：
      1. 和用户线程并发执行，会占用一部分线程，程序变慢
      2. 基于标记清楚算法，会产生空间碎片
    5. 使用：-XX:UseConcMarkSweep=true
  2. G1：并行并发不分代，将堆内存划分为大小相等的Region区域，进行回收，基于标记整理
    1. 过程：初始标记(简单标记一下)、并发标记(可达性分析)、最终标记(STW)、筛选清除
    2. 初始标记和最终标记会发生STW，但因为是并行并发，停顿短
    3. 优点：并行并发效率高，基于标记整理，不会产生空间碎片

12. 为什么会发生STW

  1. 在进行gc时，需要移动对象(比如复制算法移动对象)，进而会导致对象引用发生更新，为了保证引用更新的正确性，需要在进行gc时暂停其他所有线程。
  2. gc在进行回收垃圾时，其他线程要停止才能清除干净，要是一边清除以便产生垃圾，会影响gc的效率和gc的负担。尤其是在进行标记时

13. 为什么要进行分代GC

  1. 堆对中存活时间不同的对象采用不同的gc策略，管理起来更高效
  2. 对于年轻代，对象大多存活时间比较短且对象小，一般采用复制算法，存活对象少且空间小，使用较小的内存开销和移动开销就能进行管理
  3. 对于老年代，对象存活时间长且对象大，不适合采用复制算法。采用标记整理算法。

14. JVM参数

  1. -Xms：堆大小，1/64
  2. -Xmx：最大堆大小，1/4
  3. -XX:NewRatio：年轻代和老年代比值：1：2
  4. -XX:SurvivorRatio：eden区、FS区、TS区比值：8：1：1
  5. -Xss：线程大小
  6. -XX:MetaSpaceSize：元空间大小
  7. -XX:MaxTeruningThreashold:年轻代对象最大存活次数，默认15次

15. JVM内存分配原则和空间担保机制

  1. 内存分配原则
    1. 对象优先分配到年轻代的eden区
    2. 大对象直接进入老年代
    3. 年轻代中长期存活对象进入老年代
  2. 空间担保机制：在年轻代进行MirrorGc之前，先检查老年代的内存是否足够存放年轻代的所有对象，如果不够，老年代进行FullGc

16. FullGc触发

  1. System.gc
  2. 老年代空间不足
  3. 空间担保机制

17. 如果频繁触发FullGc要怎么办

  1. 通过jmap下载dump文件(前提要开启headDumpBeforeFullGc)，通过visualVM导入dump文件进行分析
jmap -dump:format=b,file=xxx.dump [进程id]

18. System.gc一定会执行吗

  1. 不一定会执行，jvm会记下这个请求，但是不一定不执行，当System.runFinallization()返回true时，表明可以执行System.gc()。
System.gc();
runtime.runFinalizationSync();
System.gc();

19. jvm故障处理工具：jps、jmap、jstack

  1. jps：查看虚拟机进程，列出当前正在运行的虚拟机进程
  2. jmap：用于生成堆转存快照dump文件。还可以查看堆内存使用情况和堆所使用的gc收集器。可用于解决堆的oom问题
jmap -histo [进程id]
  1. jstack：生成线程快照，可以定位死锁问题。
jstack -l [进程id]
  1. jstat：统计信息监视工具。显示当前进程的堆内存使用情况、gc次数。
jstat -gcutil [进程id]
E代表eden区、S0、S1.
O代表老年代
P代表永久代
YGC代表年轻代MirrorGC
YGCT代表MirrorGc耗时
FGC代表FullGc
FGCT代表FullGc耗时
GCT代表总耗时
  1. jhat：用于查看jmap导出的dump文件，但是一般不用
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