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JVM快速阅读笔记

分类: 文章 • 2025-02-16 23:06:34

JVM

这篇笔记写给自己在实习之前看的，有什么不对地方请广而告知，我会持续更新修改。

本片文章字数较多，适合快速浏览，有不详细的请另行百度

运行时数据区域

JVM快速阅读笔记

  • 程序计数器: 指示执行某条指令
  • 虚拟机栈(栈): 每个栈帧对应一个方法包括局部变量表、操作数栈、运行时的常量池、
  • 本地方法栈：为使用到的本地操作系统方法服务
  • java堆：线程共享的一块内存区域，对象实例和数组都在这里分配内存
  • 方法区（hotspot包含运行时常量池）：已经加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
  • *直接内存

Object o = new Object();

  • 对象创建过程：

    new->检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用->检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化->若无则类加载，有则进行分配内存（指针碰撞/空闲列表）-> 方法执行初始化字段。

  • 对象的内存布局：对象头、实例数据、对齐填充
  • 对象访问
    • 句柄池：两个指针，对象数据地址、对象类型地址。优点：当对象被移动时（垃圾回收时），只改变句柄中的指针，实例不变。
    • 直接指针：实例存储了类型数据的地址；优点：速度快，少一次指针定位的时间；

新生代和老生代

  • 新生代GC（Minor）：对象大多都朝生熄灭
  • 老生代GC（Major）：老年代经常伴随一次MinorGC，比Minor慢10倍

OOM (OutOfMemoryError) & SOFE(StackOverFlowError)

  • 内存泄漏：分配出去的内存没有回收，失去了对该区域的控制，因而造成了资源浪费，虽然有GC，但是还是会有泄漏。
  • 内存溢出：程序所需要的内存超出了系统所能分配的内存的上限；

GC

  • 判断对象是否可回收

    • 引用技术算法为什么不好？（对象之间循环引用问题）：

      若被引用一次，计数器+1，引用失效-1，为0就回收。

    • 跟搜索算法（GC Roots)

      GCRoots可以是：虚拟机栈的引用对象、方法去的类静态属性引用的对象、方法区常量引用的对象、本地方发栈中JNI引用的对象；

      判断对象到GCRoots是否可达，不可达则回收；

    • 强引用：直接通过new来创建的对象

    • 软引用：SoftReference创建的，内存不足（溢出）则回收
    • 弱引用：WeakReference创建的，下一次垃圾收集就会回收
    • 虚引用：PhatomReference创建的，总会回收，主要用来当回收时获取一下系统通知；

  • finalize()方法与GC二次标记

    第一次标记筛选：没有必要执行finalize()方法：没有覆盖finalize()/已经被调用过，直接回收

    自救：对象覆盖finalize()，把自己赋值给某个类变量或对象成员变量；第二次标记时他会被移除

  • 回收方法区（永生代回收1.废弃常量2.无用的类）

    • 无用的类：
      该类所有实例已经被回收，java堆中不存在该类的实例

      加载该类的ClassLoader被回收了

      对应的Class对象没有任何地方引用，无法反射访问该类

    在大量使用反射、动态代理、CGLib等框架的场景，需要具备类卸载的功能，保证永久代不会溢出。

  • 垃圾收集算法

    • 标记-清除算法（标记，清理）
    • 复制算法（分一半内存，存活的复制到另一块内存/新生代、老生代90%）
    • 标记-整理算法（标记，存活对象向一端移动，再清理）
    • 分代收集算法（新生代用复制，老生代用标记-清理或整理）

垃圾收集器

并行: 多条垃圾收集线程并行工作,用户线程暂停

并发: 用户线程和垃圾收集线程同时执行,垃圾收集线程运行再另一CPU上.

  • Serial :单线程收集暂停其他所有线程
  • ParNew :多线程收集暂停其他所有线程
  • Parallel Scavenge :吞吐量优先，自适应调节策略
  • Serial Old：Serial老年代版本，采用‘标记-整理’清理老年代；Parallel Old

  • CMS ：以获取最短回收停顿时间为目标，采用‘标记-清除’

    初始标记、并发标记、重新标记、并发清理、重置线程

    缺点：采用标记-清除，

  • G1 ：采用‘标记-整理’，优先回收垃圾最多的区域（已分成大小固定的块），局部看是基于复制算法实现两个Region之间

    初始标记-并发标记-最终标记-筛选回收

    初始标记和最终标记的区别：初始标记是单线程，最终标记是并行的

内存分配和回收策略

  • 对象优先再Eden分配
  • 大对象直接进入老年代：
    大量连续内存空间的java对象
  • 长期存活的对象将进入老年代：
    每个对象都有年龄计数器，每熬过一次MinorGC兵器Survivor空间能够容纳，则年龄+1，默认超过15岁就晋升
  • 动态对象年龄判定：
    Survivor空间中相同年龄的所有对象大小大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代；
  • 空间分配担保
    在发生MinorGC前，检测之前每次晋升为老生代的平均大小是否大于老年代的剩余空间，大于则进行FullGC，否则查看HandlPromotionFailure设置是否允许担保失败，允许则还是MinorGC，不允许则FullGC；

虚拟机执行子

  • Class文件结构：8个字节数据流、
    • 魔数：头4个字节，确定是否能被虚拟机接受
    • Class版本号：魔数后的4个字节，前两个是次版本，后面是主版本
    • 常量池：开头u2数据类型，从1开始计数；主要放字面量（类和接口全限定名、字段名称描述符和方法名称描述符）和符号引用；省略很多..
    • 访问标志：识别类和接口的访问信息
    • 类索引、父类索引和接口索引：类和父类都是一个u2类型，接口是一组u2；用来确定类的继承关系
    • 字段表集合：描述接口或类中声明的变量
    • 方法表集合
    • 属性表集合：Code；Exceptions；Line Number Table；Local Variable Table；Source File；Constant Value；InnerClasses；Deprecated和Synthetic；

  • 类加载机制

    加载-验证-准备-解析-初始化-使用-卸载

    连接：验证-准备-解析

    • 过程

      • 四种情况必须立即进行“初始化”（加载、验证、准备先开始）：

        • 遇到new、getstatic、putstatic或invoke static字节码指令时
        • 反射调用时
        • 初始化一个类，父类没初始化时
        • 需要制定一个要执行的主类

      • 加载：1.通过全限定名获取定义此类的二进制字节流 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. 生成代表该类的Class对象

        全限定名：包名.类名

      • 验证：文件格式、元数据、字节码（最复杂，保证安全）、符号引用；此阶段可省略

      • 准备：为类变量（static修饰的）分配内存并设置变量初始值0

      • 解析：将常量池内的符号引用替换为直接引用；

        （符号引用就是一组符号来描述所引用的目标）直接引用就是指针、相对偏移量、一个能简介定位到目标的句柄；

      • 初始化：类加载的最后一步，开始执行类中定义的Java程序代码

        ()方法：所有类变量的赋值动作和静态语句块的语句合并产生。必须回调用父类的()；如果没有静态语句块，也没有对变量的赋值操作，那么可以没有()方法；接口不需要执行父类的()，除非父类定义的变量使用时；虚拟机回保证一个类的()方法在多线程同步；

      • 使用

      • 卸载

      加载和连接阶段可交叉运行，加载未完成，连接可开始，

    • 类加载器

      • 双亲委派模型：启动类<-扩展类<-应用程序<-自定义类

方法重载和方法重写

  • （重载）静态分派：静态类型变化，实际类型变化
  • （重写）动态分派：多态性的表现

编译优化技术

  • 公共子表达式消除
  • 数组边界检查消除
  • 方法内联

  • 逃逸分析（主要）：分析对象动态作用域

    方法逃逸：当一个对象在方法中定义后，可能被外部方法引用，例如作为参数传递到其他方法中；
    线程逃逸：赋值给类变量或可以在其他线程中访问的实例变量。

内存模型

作用：用来屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异，实现java跨平台访问内存；

  • 模型

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    • 主内存：存储所有变量；对应Java堆中对象实例数据部分
    • 工作内存：每条线程都有自己的工作内存，保存变量的主内存副本拷贝；对应虚拟机栈中部分区域

  • volatile

    • 可见性
    • 禁止指令重排序

  • 原子性、可见性、有序性

    • 原子性：除了lock\unlock之外的6种保证原子性，
    • 可见性：一个线程修改了共享变量的值，其他线程立即知道（Volatile、Synchronize、final）
    • 有序性：本线程观察是有序的，观察另一个线程时无序的

线程

  • 内核线程
  • 用户线程

  • 用户线程+轻量级进程混合

  • 线程调度
    • 协同式：线程完成后切换到其他线程
    • 抢占式
  • 状态转换
    • 新建
    • 运行
    • 无期限等待

  • 线程安全和锁优化

    • 线程安全

      • 不可变：使用final
      • 绝对线程安全
      • 相对线程安全：通常而言，一般不需要额外做保障措施
      • 线程兼容：本身不是线程安全，但可以正确使用同步手段

      • 线程对立：不管怎么采取同步措施，都无法并发使用

      • 实现方法

        • 互斥同步：使用SynChronize，在同步区前后生成monitorenter和monitorexit字节码指令；

          1. 在执行monitorenter时，首先尝试获取对象的锁，如果没锁，或者线程已经拥有该对象的锁，所得计数器+1，相反，在执行monitorexit时，就-1，当计数器为0，锁就释放了；
          2. 如果获取对象锁失败了，当前线程就会阻塞等待，直到另一个线程释放

          也可以使用（重入锁）ReentrantLock来实现

        • 非阻塞同步
        • 无同步方案
          • 可重入代码
          • 线程本地存储

    • 锁优化

      • 自旋锁/自适应自旋
      • 锁消除：消除不存在共享数据竞争的锁
      • 锁粗化：扩大锁的范围
      • 轻量级锁：无竞争时使用CAS消除同步使用的互斥量
      • 偏向锁：无竞争的情况下把同步都消除掉，不做CAS

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