JVM虛擬機(jī)全貌-更新了更全的圖

時間：2023-07-15 03:54:02 | 來源：網(wǎng)站運(yùn)營

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• 自動內(nèi)存管理機(jī)制
• java內(nèi)存區(qū)域
• 運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)域
• 程序計數(shù)器
• 線程私有，生命周期同線程相同
• 字節(jié)碼解釋器通過改變計數(shù)器的值取下一條命令
• java線程執(zhí)行的時java方法，計數(shù)器記錄執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令地址，如果是native方法，計數(shù)器值為空
• 唯一一個沒有OOMError的區(qū)域
• java虛擬機(jī)棧
• 線程私有，生命周期同線程相同
• 存儲方法運(yùn)行期的局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息
• 本地方法棧
• 與虛擬機(jī)棧類似，本地方法棧使用native方法服務(wù)
• 堆
• 線程共享區(qū)域
• 分代收集
• 新生代
• Eden空間
• From Survivor空間
• To Survivor
• 老年代
• 堆可劃分為線程私有的分配緩沖區(qū)TLAB
• 通過 -Xmx和-Xms控制
• 方法區(qū)（非堆）
• 線程共享
• 存儲被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)常量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)
• 運(yùn)行常量池
• 線程共享
• 是方法區(qū)的一部分
• 直接內(nèi)存
• 對象創(chuàng)建
• 1.檢查指令參數(shù)是否能在常量池中定位到一個類的符號引用
• 2.檢查是否被加載、解析和初始化過，如果沒有則先執(zhí)行類加載過程
• 3.分配內(nèi)存（對象所需內(nèi)存大小在類加載完成后便可確定）以下是分配方式
• 指針碰撞
• 假定堆中內(nèi)存絕對規(guī)整，通過中間指針作為分界，將堆分為可用內(nèi)存和已用內(nèi)存，通過中間指針向可用內(nèi)存方向移動對象大小相等距離
• 空閑列表
• 如果堆內(nèi)存不規(guī)整，則需要一個列表來記錄哪塊兒內(nèi)存是可用的哪塊內(nèi)存不可用，在分配內(nèi)存時找到足夠大的空間分配給對象實(shí)例，并記錄在列表上
• 選擇哪種分配方式由堆內(nèi)存是否規(guī)整決定，進(jìn)而由垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定。
• Serial、ParNew采用指針碰撞
• CMS基于標(biāo)記清除算法采用空閑列表
• 分配內(nèi)存并發(fā)問題
• 樂觀鎖CAS
• 把內(nèi)存按照線程劃分在不同的空間之中進(jìn)行，每個線程預(yù)先分配一小塊內(nèi)存即-本地線程分配緩沖區(qū)TLAB
• 對象的內(nèi)存布局
• 對象訪問定位
• OOM異常
• 堆溢出
• 虛擬機(jī)棧和本地方法棧溢出
• 方法區(qū)和運(yùn)行時常量池溢出
• 本機(jī)直接內(nèi)存溢出
• 垃圾回收與內(nèi)存分配策略
• 對象是否存活
• 引用計數(shù)法
• 有一個地方引用，計數(shù)器值加1，有一個地方引用失效，計數(shù)器值減1，為0代表可以回收。
• 可達(dá)性分析
• 通過根節(jié)點(diǎn)向下搜索，當(dāng)一個對象到GCRoot沒有任何引用鏈相連時，則證明此對象是不可用的。
• 可作為GCRoots的對象有以下幾種
• 虛擬機(jī)棧中引用的對象
• 方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用對象
• 方法區(qū)中常量引用的對象
• 本地方法棧中JNI引用的對象
• 引用
• 強(qiáng)引用
• 類似Object o = new Object(); 只要引用在，垃圾收集器永遠(yuǎn)不會回收
• 軟引用
• 在系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存溢出異常之前，將會把軟引用列在二次回收范圍之中。
• 弱引用
• 當(dāng)垃圾收集器工作時，無論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠，都會回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對象。
• 虛引用
• 目的，在對象被收集器回收時收到一個系統(tǒng)通知，
• 回收方法區(qū)
• 回收廢棄的常量和無用的類
• 滿足無用類的條件
• 該類所有的實(shí)例都已經(jīng)被回收，java堆中不存在該類的任何實(shí)例
• 加載類的ClassLoad被回收
• 該類對應(yīng)的java.lang.Class對象沒有任何地方被引用，無法在任何地方通過反射訪問該類的方法
• 垃圾收集算法
• 標(biāo)記-清除算法
• 缺點(diǎn)：標(biāo)記和清除效率都不高；空間問題，碎片太多可能會在下次大對象分配內(nèi)存時觸發(fā)一次gc
• 復(fù)制算法
• 將可用內(nèi)存分配為2個大小一樣的內(nèi)存區(qū)域，每次只使用一半，回收時把存活對象復(fù)制到另外一半內(nèi)存，將使用的那一半直接清理掉
• 標(biāo)記-整理算法
• 分代收集算法
• 新生代，對象存活低，大部分對象都需要被清除，復(fù)制算法
• 老年代，存活較高沒有太多空間可以分配，使用標(biāo)記-清除或標(biāo)記整理算法
• 垃圾收集器
• CMS
• 收集過程
• 初始標(biāo)記
• 標(biāo)記一下GCRoots能直接關(guān)聯(lián)到的對象，速度很快
• 需要stop the word
• 并發(fā)標(biāo)記
• 進(jìn)行GCRoots tracing的過程
• 與用戶線程同時執(zhí)行
• 重新標(biāo)記
• 為修正并發(fā)標(biāo)記期間因用戶程序繼續(xù)運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動的那一部分對象的標(biāo)記記錄
• 這個過程會比初始標(biāo)記時間長，比并發(fā)標(biāo)記時間短
• 需要stop the word
• 并發(fā)清除
• 與用戶線程同時執(zhí)行
• 缺點(diǎn)：
• cms因并發(fā)收集，導(dǎo)致會與用戶線程爭奪cpu資源，導(dǎo)致用戶線程吞吐降低；
• 解決辦法”增量式并發(fā)收集器“，減少GC線程cpu的獨(dú)占時間
• 無法處理浮動垃圾，會出現(xiàn)一次gc之后會接著來領(lǐng)一次gc；
• 解決辦法，通過調(diào)整觸發(fā)full gc的內(nèi)存占用百分比延緩頻繁gc帶來的停頓問題
• 標(biāo)記清除算法帶來碎片化的內(nèi)存空間，導(dǎo)致大對象內(nèi)存分配時會大概率觸發(fā)一次full gc
• 開啟（默認(rèn)是開啟的）內(nèi)存碎片整理過程
• G1
• 特點(diǎn)
• 并行與并發(fā)
• 利用多核cpu硬件優(yōu)勢，在執(zhí)行g(shù)c動作同時支持并發(fā)執(zhí)行java線程
• 分代收集
• 通過不同方式處理新建對象和存活一段時間的舊對象獲得更好的收集效果
• 空間整合
• 整體基于標(biāo)記整理算法，局部使用復(fù)制算法。解決運(yùn)作期間不產(chǎn)生內(nèi)存空間碎片，收集后可提供規(guī)整的內(nèi)存空間。
• 可預(yù)測停頓
• 可指定長度為n毫秒的時間片內(nèi)，消耗在垃圾收集上的時間不得超過m毫秒
• 執(zhí)行步驟
• 初始標(biāo)記
• 標(biāo)記GCRoots能直接關(guān)聯(lián)到的對象，并修改TAMS的值，讓下一階段用戶程序并發(fā)運(yùn)行時，能夠在正確的Region中創(chuàng)建新對象。
• 需要停頓，耗時短
• 并發(fā)標(biāo)記
• 從GCRoots開始對堆中對象進(jìn)行可達(dá)性分析，找出存活對象
• 可與用戶線程并行
• 最終標(biāo)記
• 修正在并發(fā)標(biāo)記期間因用戶繼續(xù)運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動的那一部分標(biāo)記記錄，并把對象變化記錄記錄在Rememberd Set Logs，最終標(biāo)記需要把日志中的數(shù)據(jù)整合到Remembered Set中。
• 可與用戶線程并行
• 篩選回收
• 首先對各個Region的回收價值和成本進(jìn)行排序，根據(jù)用戶期望的gc停頓時間來制定回收計劃
• 內(nèi)存分配與回收策略
• 對象優(yōu)先在Eden分配
• 大對象直接進(jìn)入老年代
• 長期存活對象進(jìn)入老年代
• 動態(tài)對象年齡判定
• 空間分配擔(dān)保
• 虛擬機(jī)性能監(jiān)控與故障處理工具
• jps
• 虛擬機(jī)進(jìn)行狀況工具，類似ps命令，可以列出正在進(jìn)行的虛擬機(jī)進(jìn)程，并顯示執(zhí)行主類名稱及本地虛擬機(jī)唯一ID
• jstat
• 虛擬機(jī)統(tǒng)計信息監(jiān)視工具，可查詢某個jvm進(jìn)程類轉(zhuǎn)載、垃圾收集、運(yùn)行期編譯狀況
• jmap
• java內(nèi)存映像工具，獲取dump文件、java堆和永久代詳細(xì)信息等
• jhat
• 堆轉(zhuǎn)存儲快照分析工具與jmap搭配使用
• jstack
• java堆棧跟蹤工具，用于生成當(dāng)前時刻的線程快照
• 虛擬機(jī)執(zhí)行子系統(tǒng)
• 類文件結(jié)構(gòu)
• class文件頭4個字節(jié)（魔數(shù)），確定這個文件是否為一個可以被虛擬機(jī)接受的文件
• 常量池
• 訪問標(biāo)志
• 類索引、父類索引與接口索引集合
• 字段表集合
• 方法表集合
• 屬性表集合
• 虛擬機(jī)類加載機(jī)制
• 類加載時機(jī)
• 類生命周期
• 加載
• 通過一個類的全限定名來獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流
• 將這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)運(yùn)行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
• 在內(nèi)存生成一個java.lang.Class對象，作為方法區(qū)這個類的各種數(shù)據(jù)訪問入口
• 驗(yàn)證
• 文件格式驗(yàn)證
• 文件是否以魔數(shù)開頭
• 主、次版號是否在虛擬機(jī)處理范圍內(nèi)
• 常量池是否有不支持類型等
• 元數(shù)據(jù)驗(yàn)證
• 是否有父類
• 父類是否繼承了不允許被繼承的類
• 是否實(shí)現(xiàn)了父類或接口要求實(shí)現(xiàn)的方法
• 類中字段是否與父類產(chǎn)生矛盾
• 字節(jié)碼驗(yàn)證
• 準(zhǔn)備
• 為類變量分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值的階段（僅包含類變量-被static修飾的變量）
• 解析
• 虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號引用替換為直接引用的過程
• 初始化
• 類加載最后一步
• 使用
• 卸載
• 什么時候必須立即對類進(jìn)行初始化
• 遇到new、getstatic、putstatic、invokestatic這4個字節(jié)碼指令時。
• 使用new關(guān)鍵字、讀取或設(shè)置一個類的靜態(tài)字段（使用final修飾）、調(diào)用一個類的靜態(tài)方法時
• 使用java.lang.reflect包的方法對類進(jìn)行反射調(diào)用的時候，如果類沒有進(jìn)行初始化則需要先進(jìn)行初始化
• 當(dāng)初始化一個類時，發(fā)現(xiàn)父類沒有初始化則需要先初始化父類
• 當(dāng)虛擬機(jī)啟動時，需要指定一個要執(zhí)行的主類，虛擬機(jī)會先初始化這個主類
• 類加載器
• 雙親委派模型
• 啟動類加載器
• 擴(kuò)展類加載器
• 應(yīng)用程序類加載器
• 自定義加載器
• 過程：
• 一個類加載器收到類加載請求，會直接委派給父加載器進(jìn)行加載，直到根加載器-啟動類加載器；
• 只有當(dāng)父加載器加載不到的時候，才會委托子加載器去加載，直到最底層的加載器
• 虛擬機(jī)字節(jié)碼執(zhí)行引擎
• 程序編譯與代碼優(yōu)化
• 早期優(yōu)化
• 晚期優(yōu)化
• 高效并發(fā)
• java內(nèi)存模型與線程
• java內(nèi)存模型
• 主內(nèi)存
• 所有變量都存儲在主內(nèi)存
• 工作內(nèi)存
• 線程使用
• 線程使用到的變量的主內(nèi)存副本拷貝
• volatile變量特殊規(guī)則
• 保證該變量對所有線程可見
• 禁止指令重排序優(yōu)化
• happens-before
• 先行發(fā)生是指java內(nèi)存模型中定義的兩項操作之間的偏序關(guān)系
• 線程
• 線程的實(shí)現(xiàn)
• 使用內(nèi)核線程實(shí)現(xiàn)
• 直接由操作系統(tǒng)內(nèi)核支持的線程，線程由內(nèi)核來完成切換，內(nèi)核通過操縱調(diào)度器對線程進(jìn)行調(diào)度，并負(fù)責(zé)將任務(wù)映射到各個處理器上。
• 使用用戶線程實(shí)現(xiàn)
• 用戶線程與輕量級進(jìn)程混合實(shí)現(xiàn)
• java線程的實(shí)現(xiàn)
• jdk1.2之前是基于用戶線程實(shí)現(xiàn)的，1.2之后是基于操縱系統(tǒng)原生線程模型來實(shí)現(xiàn)。
• java線程調(diào)度
• 協(xié)同式線程調(diào)度
• 線程執(zhí)行完了主動通知系統(tǒng)切換到另一個線程。
• 好處：實(shí)現(xiàn)簡單，切換操縱對線程自己是可知的，沒有線程同步問題。
• 缺點(diǎn)：會導(dǎo)致程序一直阻塞，不讓出cpu執(zhí)行時間。
• 搶占式線程調(diào)度
• 每個線程由系統(tǒng)來分配執(zhí)行時間，線程切換不由線程本身來決定（Thread.yield()方法可以讓出執(zhí)行時間，但是要獲取執(zhí)行時間的話是沒有辦法的）
• 線程生命周期
• 創(chuàng)建-new
• 運(yùn)行-start
• 等待 wait-notify/notifyAll
• 有限等待
• 無限期等待
• 阻塞 synchronize
• 與等待區(qū)別：阻塞在等待著獲取到排他鎖，是否執(zhí)行取決于另外線程是否釋放該鎖。等待是等待一段時間或等待被喚醒
• 結(jié)束 terminated
• 線程池生命周期
• Runable
• 接受新任務(wù)，添加隊列
• Shutdown
• 不接受新任務(wù)，但要處理隊列任務(wù)
• stop
• 不再接受新任務(wù)，不再處理隊列中的任務(wù)，中斷正在進(jìn)行的任務(wù)
• tidying
• 正在停止運(yùn)行，終止所有任務(wù)，銷毀所有工作線程
• terminated
• 線程池已停止運(yùn)行
• 線程池工作流程
• 1. 判斷是否有可用核心線程，如果有，則直接線程處理，如果沒有則添加到隊列
• 2.如果核心線程滿，隊列滿，則判斷是否到達(dá)最大線程數(shù)，如果沒有則創(chuàng)建非核心線程，如果滿，則觸發(fā)解決策略
• 線程池參數(shù)
• 核心線程數(shù)
• 最大線程數(shù)
• 阻塞隊列
• ArrayBlockQueue
• 數(shù)組有界隊列，F(xiàn)IFO，默認(rèn)情況下非公平訪問隊列?？稍跇?gòu)造函數(shù)設(shè)置為公平訪問隊列
• LinkedBlockQueue
• 鏈表有界隊列，F(xiàn)IFO，默認(rèn)大小為Integer.MAX_VALUE
• PriorityBlockQueue
• DelayQueue
• 延遲隊列
• SynchronousQueue
• LinkedTransferQueue
• LinkedBlockTransferQueue
• 超時時間
• 線程工廠
• 拒絕策略
• AbortPolicy 丟棄并拋異常
• DiscardPolicy 丟棄不拋異常
• DiscardOldestPolicy 丟棄隊列頭任務(wù)
• CallerRunsPolicy 不丟棄，由使用調(diào)用線程直接運(yùn)行任務(wù)
• 線程安全與鎖優(yōu)化
• 線程安全
• 不可變
• final
• 絕對線程安全
• java api標(biāo)注線程安全
• 相對線程安全
• 需要保證對象單獨(dú)操縱是線程安全的
• 線程兼容
• 對象本身不是線程安全，但是在調(diào)用端使用同步手段來保證對象線程安全，屬于線程兼容
• 線程對立
• 線程安全的實(shí)現(xiàn)方法
• 互斥同步-悲觀鎖
• 非阻塞同步-樂觀鎖