测试工程师都能看懂的Jvm知识 上

你好 我是懂java的测试


前言

前两天测试技术交流群,进行了激烈的jvm讨论,发现大家对jvm很好奇,也激发了我复习jvm知识的激情,所以打算写个专栏,专门介绍这块的内容。


jvm专栏将以问答形式,由易到难,循序渐进讲述jvm相关的知识。不拽那些官方晦涩难懂的词语,只用白话通俗的语言,力争让大家都能看懂jvm。

由于篇幅有限,将分为上中下三篇。

1、java能跨平台运行的原因是什么

这就先得明白一个概念,平台相关性,就是对应的程序只能运行在对应的系统。就好比,Windows 系统只能运行 Windows 的程序(exe),Linux 系统只能运行 Linux 的程序,Mac 系统只能运行 Mac 的程序。跨平台就是无视平台相关性。

Java是可以跨平台的,为什么呢?

两大原因:

(1)Java 文件经过编译后生成和平台无关的 class 文件。

(2)而Java虚拟机(JVM)是不跨平台的,java工具会把统一的class文件,加载到对应的JVM,又因为该JVM是和这个系统是对应的,所以就可以运行。

2、jvm有哪些内存区域

如截图:

方法区(1.8之后变成了metaspace)

我有两个类JvmTest.java、RocketMqTest.java,编译后的class文件,加载到jvm中,就放在方法区内。

程序计数器

JvmTest.java最终会编译成JvmTest.class字节码文件,并加载到jvm虚拟机中,字节码文件又是什么鬼?你可以理解成让jvm能看懂的一个个指令,就长这样,只是示例和上述代码无关。

程序就会一行一行执行字节码,jvm支持多线程的,假如A线程执行到一半字节码,就切换到B线程执行字节码,过段时间又切回A线程继续执行,A总不能重新执行字节码吗?肯定得接着上次执行的顺序啊,那靠什么去记录执行的记录呢?就是靠程序计数器,每个线程就有程序计数器,来记录当前线程具体执行到哪行字节码指令。

虚拟机栈

java的代码必须是某个线程执行的,即使下面简单的代码也是main线程执行的,图中rockMqTest 是个局部变量,并引用了RocketMqTest实例对象,怎么去保存局部变量呢?就是依靠虚拟机栈保存,每个线程就有自己的一个虚拟机栈。

堆内存

上图中new RocketMqTest(),就是创建RocketMqTest类的实例对象,这个对象包含了很多数据,如下图,实例对象就是放在堆内存里的。

然后我们在JvmTest类的main方法 创建了RocketMqTest实例对象,当我们执行main方法时,就等于在main线程的栈中栈帧的局部变量表,让引用数据类型rocketMqTest指向 对象RocketMqTest的内存地址,

简单说,就是main线程栈中,局部变量表里rocketMqTest局部变量指向了堆

内存的RocketMqTest实例对象。

本地方法栈

里面主要是一些java api,底层的东西,在这里不做赘述。

核心区域串讲

是不是看完有点迷糊?没关系,我再把整个流程串讲一下,首先,jvm启动,编译JvmTest类成 字节码文件,并加载到jvm虚拟机中,运行main线程,关联一个程序计数器,记录字节码运行的指令,并且关联一个方法栈,接着创建一个RocketMqTest对象,并让rocketMqTest局部变量指向RocketMqTest对象,存入栈帧的局部变量表,main方法执行完,再把方法对应的栈帧从虚拟机栈中弹出,局部变量消失,那引用的对象怎么办?

3、jvm为什么要有垃圾回收

假如,main方法执行完,栈帧被弹出,局部变量消失,引用对象还存在,我们都知道堆内存资源宝贵且有限,如果堆积大量这种对象,势必会导致内存泄露、甚至溢出,那怎么办?垃圾回收啊,jvm自带一个垃圾回收线程,不断检查一些没有被局部变量、静态变量、或一些常量引用实例对象,标记这些对象为 可回收“垃圾”,定期清理掉,节省内存资源。

4、通过什么算法判定对象为垃圾

jvm使用了一种叫可达性算法的方式,懵逼了没?其实很简单,就是jvm会检测每个对象,都分析谁在引用它,并一层一层向上判断,看是否有个gc roots,说点人话,gc roots又是什么玩意?你可以理解为,局部变量、类静态变量、常量等集合,这些就是gc roots,当对象被这些gc roots所引用,就不会被垃圾回收

5、堆内存分为哪几块

重点关注的区域,如下图堆内存分为新生代和老年代,新生代又分eden、from、to三个区域,

为什么要这么分这么多区域?

新建的对象大部分存活时间都很低,所以需要一种快速回收的垃圾算法,老年代多是那种顽固的对象,所以需要另一种垃圾回收算法,

有些资料还会说永久代,这块其实就是方法区,jdk8以后就被metaspace代替。

上图的比值只是默认理想的状态,实际需要根据系统具体访问量去配置。

6、垃圾回收算法有哪几个

主要有 标记-清除法、复制算法、标记-压缩法、分代搜集算法。

标记-清除法

清除的内存可用内存增加,但是清除垃圾后的内存地址不连接,出现垃圾碎片,当有大对象需要进行内存分配时,会因为找不到足够内存进行分配对象而造成垃圾回收,频繁的垃圾回收影响效率和性能

复制算法

所谓的“复制算法“,把新生代内存划分为两块内存区域,然后只使用其中一块内存待那块内存快满的时候,就把里面的存活对象一次性转移到另外一块内存区域,保证没有内存碎片,接着一次性回收原来那块内存区域的垃圾对象,再次空出来一块内存区域。两块内存区域就这么重复着循环使用。弥补了内存碎片的缺点,但是内存空间利用率不好

标记-压缩法

标记压缩则会对存活的对象进行整理,截图对比如下所示:

标记压缩后,截图如下所示:

从图中也可以看出,一块大区域中,判断可回收垃圾和不可回收垃圾,并把两种对象复制在一块,然后再进行清理,整理后的内存,避免了标记清除中的内存碎片的问题,也避免了复制算法中的内存浪费问题,当然,存在的问题就是效率问题了,会比前2者的效率低。

分代收集法

这种算法并没有什么新的思想,只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把Java堆分为新生代和老年代,这样就可以根据各个年代的特点采用最适合的收集算法。在新生代中,每次垃圾收集时都发现有大批对象死去,只有少量存活,那就选用复制算法,只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对他进行分配担保,就必须使用“标记-清理”或者“标记-整理”算法来进行回收。

鉴于篇幅有限,jvm专栏的上篇文章就写到这里,都是一些偏理论和基础的知识,主要还是为后面的文章做铺垫,后面着重介绍jvm的一些高级知识,譬如垃圾回收器,如何调优,定位jvm fullgc 原因等等。

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