JVM知识回顾

1. 简述JDK,JRE和JVM之间的关系

jdk架构

• JDK：

  • 是用于支持Java程序开发的最小环境，基本上Java程序设计语言、Java虚拟机、Java API类库这三部分

  • JDK=JRE+java开发工具包

  • 作用：java程序的开发环境

• JRE：

  • 是支持Java程序运行的标准环境，Java API类库中的Java SE API自己和Java虚拟机这两部分

  • java运行环境=JVM+核心类库

  • 作用：java程序的运行环境

• JVM:

  • 保证 Java程序设计语言的安全特性和java语言的跨平台性
  • 一次编译，到处运行（Write once,run anywhere）

  简言之，使用 jdk 开发的java程序，交由 JRE 来运行，由 JVM 来保证跨平台

2. 类加载机制的作用和过程

一句话解释：类的加载指的是将.class文件中的二进制数读入到内存中，将其放在运行数据区的方法区内，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。

类的生命周期

类的加载过程包括加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段

1）加载

​ 在加载阶段，虚拟机主要做了三件事

1. 通过一个类的全限定类名来获取其定义的二进制字节流
2. 将这个字节流代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
3. 在堆中生成一个代表这个类的Class对象，作为方法区中这些数据的访问入口

2）验证

​ 保证被加载类的准确性

1. 文件格式的验证：验证.class文件字节流是否符合class文件的格式规范，并且能够被当前版本的虚拟机处理。这里主要对魔数、主版本号、常量池等等的校验
2. 元数据验证：主要对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合java语言规范的要求。比如说验证这个类是不是有父类，类中的字段方法是不是和父类有冲突
3. 字节码验证：这是整个验证过程中最复杂的阶段，主要是通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。在元数据验证阶段对数据类型做出验证后，这个阶段主要对类的方法做出分析，保证类的方法在运行时不会做出危害虚拟机的事。
4. 符号引用验证：他是验证的最后一个阶段，发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候。主要是对类自身以外的信息进行校验。目的是确保解析动作能够完成。

3）准备

​ 准备阶段主要为类变量分配内存并设置初始值

1. 类变量（static）会分配内存，但实例变量不会，实例变量主要随着对象的实例化一块分配到java堆中

2. 这里的初始值值得是数据类型默认值，不是代码中被显示赋予的值。比如

   public static int a = 1;
   

   这里的a在准备阶段过后值为0，而不是1。赋值为1的动作在初始化阶段。

4）解析

​ 解析阶段主要是虚拟机将常量池中的符号引用转为直接引用的过程

• 符号引用：以一组符号来描述所引用的目标，可以是任何形式的字面量。classfile中的内容，没有实际含义
• 直接引用：直接引用是可以指向目标的指针、相对偏移量或者是一个能直接或间接定位到目标的句柄。和虚拟机实现的内存有关，不同的虚拟机直接引用一般不同。在java进程中能够代表真实含义的

5）初始化

​ 主要为类的静态变量赋予正确的初始值，有两种方式

1. 声明类变量时指定初始值
2. 使用静态代码块为类变量指定初始值

3. 运行时数据区分为哪几块?说说你对每块区域的理解(某些存储的内容,生命周期,作用等)

运行时数据区

​ 运行时数据区分为方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器

1. 程序计数器：线程私有，可以看成是当前线程所执行的字节码的行号指示器，用于选取下一条需要执行的指令，也是唯一一个没有OOM情况的区域，与线程共存亡
2. Java虚拟机栈：线程私有，为JVM执行Java方法服务，主要描述Java方法执行的线程内存模型，与线程共存亡
3. 本地方法栈：线程私有，与虚拟机栈相似，为JVM使用到的Native方法服务，Native方法多用C++写
4. Java堆：线程共享，主要用于存储实例对象，Java中几乎所有的对象实例都会存储到这块内存中，考虑到即时编译和逃逸分析，有一部分的对象实例会分配到栈上
5. 方法区：线程共享，主要用于存储被JVM加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据
6. 运行时常量池：线程共享，属于方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用

4. 结合Eden,S0,S1和Old区,描述一下一个对象创建的过程

​ 对象的分配，从理论上来讲应该都是在堆上分配（即时编译和逃逸分析，会分配到栈上）。在正常分代的情况中，新生成的对象会分配在新生代中，但是少数情况下（比如对象大小超过一定阈值）会直接分配到老年代。

​ 大多数情况下，对象在Eden区中分配，当Eden区没有足够空间时，虚拟机会发起一次Minor GC，新生代采用的是复制算法，把存活的对象从Eden和S0复制到S1区，后把对象年龄加一，并清空Eden和S0（新生代的对象大多为活跃的对象，会频繁的创建和销毁，所以新生代GC时应该存活的对象很少，所以采用复制算法是最合适的）。当对象达到一定年龄之后（默认15岁，可修改-XX:MaxTenuringThresold=需要的年龄数字），对象会被移动到老年代，当然老年代如果空间不足，会发生Major GC，采用标记整理算法（老年代的对象大部分都是经过一段Minor GC的，所以相对比较稳定，每次回收的对象相对比较少，所以采用标记整理算法最合适）。
​ 另外，一个对象的创建过程，上述描述只是一个对象的创建过程中的一个步骤中的详解，一个对象的创建，从虚拟机的角度来看，包括：遇到new指令—判断引用能否在常量池定位；检查引用能否被加载、解析、初始化过—分配内存（包括指针碰撞和空闲列表法，这一部分内容是我上面的描述）—初始化内存空间—设置对象头—执行init()方法。

5. 怎样确定一个对象为垃圾

1. 引用计数法

   ​ 引用计数算法就是在对象中添加了一个引用计数器，当有地方引用这个对象时，引用计数器的值就加1，当引用失效的时候，引用计数器的值就减1。当引用计数器的值为0时，jvm就开始回收这个对象。

   简单的来说，在JVM中的栈中，如果栈帧中指向了一个对象，那么堆中的引用计数器的值就会加1，当栈帧这个指向null时，对象的引用计数器就减1。

   ​ 这种方法虽然很简单、高效，但是JVM一般不会选择这个方法，因为这个方法会出现一个问题：当对象之间相互指向时，两个对象的引用计数器的值都会加1，而由于两个对象时相互指向，所以引用不会失效，这样JVM就无法回收。

2. 可达性分析法(Reachability Analysis)
   所有生成的对象都是一个称为"GC Roots"的根的子树。从GC Roots开始向下搜索，搜索所经过的路径称为引用链(Reference Chain)，当一个对象到“GC Roots”没有任何引用链可以到达时，就称这个对象是不可达的（不可引用的），也就是可以被GC回收了。

可达性分析法

6. 常用的垃圾回收算法有哪些?有什么优缺点

1. **标记-清除 **

   ​ 分为两个阶段：标记和清除。根据根节点可达分析哪些对象为垃圾，并对垃圾进行标记，然后统一回收。这是最基础的算法，后续的收集算法都是基于这个算法扩展的。

   不足：

   • 扫描整个堆内存，耗时，效率低；

   • 标记清除之后会产生大量碎片。

2. 标记整理

   ​ 分为两个阶段：标记和整理。根据根节点可达分析哪些对象为垃圾，并对垃圾进行标记，将还在被使用的对象移动到一端。然后在清理掉这个范围之外的垃圾。

   优点：

   • 避免了内存碎片

   缺点：

   • 整理内存耗时

3. 复制

   ​ 将内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块，当这一块内存用完，将还在被使用的对象复制到另一块上，再将已使用过的那一块内存空间全部清理掉。

   优点：

   • 效率高，实现简单

   缺点：

   • 内存空间利用率只用50%

7. 简述你对吞吐量和停顿时间的理解

​ 在实践活动中，我们通过最优吞吐量和最短停顿时间来评价jvm系统的性能：

​ 吞吐量越高算法越好
​ 暂停时间越短算法越好
​ 首先让我们来明确垃圾收集(GC)中的两个术语:吞吐量(throughput)和暂停时间(pause times)。 JVM在专门的线程(GC threads)中执行GC。只要GC线程是活动的，它们将与应用程序线程(application threads)争用当前可用CPU的时钟周期。简单点来说，吞吐量是指应用程序线程用时占程序总用时的比例。例如，吞吐量99/100意味着100秒的程序执行时间应用程序线程运行了99秒，而在这一时间段内GC线程只运行了1秒。
​ 术语”暂停时间”是指一个时间段内应用程序线程让与GC线程执行而完全暂停。例如，GC期间100毫秒的暂停时间意味着在这100毫秒期间内没有应用程序线程是活动的。 如果说一个正在运行的应用程序有100毫秒的“平均暂停时间”，那么就是说该应用程序所有的暂停时间平均长度为100毫秒。同样，100毫秒的“最大暂停时间”是指该应用程序所有的暂停时间最大不超过100毫秒。

8. 常见的jdk命令和工具有什么?并简述一下他们的作用

​ 常见的jdk命令：

• jps

  jps是JVM Process Status Tool的简称，用于显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程。常用的命令有：

  jps -l //用于输出主类的全名，如果运行的是jar包，则输出jar路径；

  jps -v //用于输出虚拟机启动时的JVM参数。

  [qianfg@Centos7 ~]$ jps -l
  6563 eurekaserver-0.0.1-SNAPSHOT.jar
  6564 manage-0.0.1-SNAPSHOT.war
  6565 mybank-0.0.1-SNAPSHOT.war
  6567 overseas-0.0.1-SNAPSHOT.war
  5639 sun.tools.jps.Jps
  17898 org.apache.rocketmq.namesrv.NamesrvStartup
  17900 org.apache.rocketmq.broker.BrokerStartup
  22783 org.apache.catalina.startup.Bootstrap
  

• jstat

  jstat是JVM Statistics Monitoring Tool的简称，用于显示本地或远程虚拟机进程中的类加载、内存、垃圾回收、JIT编译等运行时数据。

  jstat -class pid //类装载信息

  [qianfg@Centos7 ~]$ jstat -class 6563
  Loaded  Bytes  Unloaded  Bytes     Time
   11234 19528.8        0     0.0      60.17
  

• jinfo

  jinfo是Configuration Info for Java的简称，用于显示虚拟机各项参数。常用的命令有：

  jinfo -flag pid //用于查看未被显示指定的参数的默认值;

  jinfo -syspros pid //用于输出虚拟机进程的System.getProperties()的内容。

  [qianfg@Centos7 ~]$ jinfo -flag InitialHeapSize 22783
  -XX:InitialHeapSize=62914560
  

• jmap

  jmap是Memory Map for Java的简称，用于生成堆转储快照文件、查询finalize执行队列、Java堆和永久代的详细信息，需要配合具体的选项参数使用。

  [qianfg@Centos7 ~]$ jmap -heap 22783
  Attaching to process ID 22783, please wait...
  Debugger attached successfully.
  Server compiler detected.
  JVM version is 25.221-b11
  
  using thread-local object allocation.
  Parallel GC with 2 thread(s)
  
  Heap Configuration:
     MinHeapFreeRatio         = 0
     MaxHeapFreeRatio         = 100
     MaxHeapSize              = 994050048 (948.0MB)
     NewSize                  = 20971520 (20.0MB)
     MaxNewSize               = 331350016 (316.0MB)
     OldSize                  = 41943040 (40.0MB)
     NewRatio                 = 2
     SurvivorRatio            = 8
     MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB)
     CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)
     MaxMetaspaceSize         = 17592186044415 MB
     G1HeapRegionSize         = 0 (0.0MB)
  
  Heap Usage:
  PS Young Generation
  Eden Space:
     capacity = 18350080 (17.5MB)
     used     = 14596944 (13.920730590820312MB)
     free     = 3753136 (3.5792694091796875MB)
     79.54703194754464% used
  From Space:
     capacity = 1572864 (1.5MB)
     used     = 131072 (0.125MB)
     free     = 1441792 (1.375MB)
     8.333333333333334% used
  To Space:
     capacity = 1572864 (1.5MB)
     used     = 0 (0.0MB)
     free     = 1572864 (1.5MB)
     0.0% used
  PS Old Generation
     capacity = 29884416 (28.5MB)
     used     = 19405328 (18.506362915039062MB)
     free     = 10479088 (9.993637084960938MB)
     64.93460671943531% used
  
  16678 interned Strings occupying 1501192 bytes.
  

• jstack

  jstack是Stack Trace for Java的简称，用于显示当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈集合，可用于分析线程长时间卡顿的原因。

  [qianfg@Centos7 ~]$ jstack 22783
  2020-03-12 02:48:06
  Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.221-b11 mixed mode):
  
  "Attach Listener" #51 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007ff7fc007000 nid=0x1bbe waiting on condition [0x0000000000000000]
     java.lang.Thread.State: RUNNABLE
  
  "http-nio-8080-exec-15" #50 daemon prio=5 os_prio=0 tid=0x00007ff808026000 nid=0x3c29 waiting on condition [0x00007ff7f01c1000]
     java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
  ...此处多行省略
  "VM Thread" os_prio=0 tid=0x00007ff824074000 nid=0x5903 runnable
  
  "GC task thread#0 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x00007ff82401f800 nid=0x5901 runnable
  
  "GC task thread#1 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x00007ff824021000 nid=0x5902 runnable
  
  "VM Periodic Task Thread" os_prio=0 tid=0x00007ff8240c5800 nid=0x590a waiting on condition
  
  JNI global references: 212