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JVM学习总结

分类: 文章 • 2025-05-07 16:08:46

JVM

本文主要记录学习JVM的一些学习笔记，讲师是bilibili up主：狂神说Java
参考书：《深入理解Java虚拟机》

一些 JVM相关面试题

  • 请你谈谈你对JVM的理解？Java8虚拟机和之前的变化更新？
  • 什么是OOM，什么是栈溢出StackOverFlowError?怎么分析？
  • JVM的常用调优参数有哪些？
  • 内存快照如何抓取，怎么分析Dump文件？知道吗？
  • 谈谈JVM中，类加载器你的认识？

JVM的位置

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JVM的体系结构

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Java内存模型

线程私有

栈（Java虚拟机栈）

先进后出，后进先出

栈内存，主管程序的运行，生命周期和线程同步；线程结束，栈内存就立即释放，对于栈来说，不存在垃圾回收问题

基本类型对象（byte、short、int、long、float、double、boolean、byte）

局部变量表:存放局部变量–堆内存中对象的地址

操作数栈

动态链接:比如调用其他方法，就用动态链接将相应方法压入栈

方法出口

本地方法栈

存放native方法

native

凡是带了native关键字的，说明java的作用范围达不到了，会去调用底层C语言的库，会进入本地方法栈，调用本地方法接口（JNI,Java Native Interface，作用：扩展Java的使用，融合不同的编程语言为Java所用！最初：C、C++），Java诞生的时候，C、C++横行，想要立足，必须要有调用C、C++的程序，它在内存中专门开辟了一块标记区域：Native Method Stack（本地方法栈），登记native方法 ，在最终执行的时候，通过JNI加载本地方法库中的方法

PC寄存器（程序计数器）

可以理解为jvm执行到当前字节码的行号， 比如cpu被抢占，jvm需要记录位置来继续执行

唯一不会出现内存泄漏的区域

线程共有

堆

Heap,一个JVM只有一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的。

类加载器读取了类文件后，一般会把类、方法、常量、变量等所有引用类型的真实对象保存到堆中

唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例以及数组都要在这里分配内存

新生区（年轻代、伊甸园区）
Edan Space(伊甸园区）

new出来的对象放在edan,通过minor gc，方法是gc root，查找对象引用的根来查找 没有被引用的对象。占8/10

from survivor（幸存0区）

占1/10

to survivor（幸存1区）

占1/10

为什么要有两个survivor，避免内存碎片化， survivor回收后的内存空间不连续，可能无法存放大对象。

养老区（老年代）

大概占堆内存2/3,占满会引发full gc

永久区（永久代）

jdk1.8被删除，jdk1.8以后更改为元空间

这个区域是常驻内存的。用来存放Jdk自身携带的Class对象，Interface元数据，存储的是Java运行时的一些环境或类信息，这个区域不存在垃圾回收，关闭VM虚拟机就会释放这个区域的内存。

  • 在 jdk1.6（含）之前也是方法区的一部分，并且其中存放的是字符串的实例；
  • 在 jdk1.7（含）之后是在堆内存之中，存储的是字符串对象的引用，字符串实例是在堆中；
  • jdk1.8 已移除永久代，字符串常量池是在本地内存当中，存储的也只是引用。

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方法区（元空间）

元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现 并不在虚拟机中，而是在本地内存

启动时创建，所有线程共享

可以选择不实现垃圾收集

新版本中是存储在堆内存中的

常量，静态变量引用，类信息，方法代码，常量和静态变量也是存的堆内存中对象地址

运行时常量池，存放编译期生成的各种字面量和符号引用

类加载器

作用：加载Class文件

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分类

BootstrapClassLoader（启动类加载器）

是JVM自带的类加载器，负责Java核心库，用来装载核心类库。该加载器无法直接获取。 rt.jar

c++编写，加载java核心库 java.*,构造ExtClassLoader和AppClassLoader。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节，开发者无法直接获取到启动类加载器的引用，所以不允许直接通过引用进行操作

ExtClassLoader （标准扩展类加载器）

负责jre/lib/ext目录下的jar包或者-D java.ext.dirs指定目录下的jar包装入工作库

java编写，加载扩展库，如classpath中的jre ，javax.*或者java.ext.dir 指定位置中的类，开发者可以直接使用标准扩展类加载器。

AppClassLoader（系统类加载器）

java编写，加载程序所在的目录，如user.dir所在的位置的`class

负责java -classpath 或 -D java.class.path所指的目录下的类与jar包装入工作，是最常用的类加载器

CustomClassLoader（用户自定义类加载器）

java编写,用户自定义的类加载器,可加载指定路径的class文件

双亲委派机制

当某个类加载器需要加载某个.class文件时，它首先把这个任务委托给他的上级类加载器，递归这个操作，如果上级的类加载器没有加载，自己才会去加载这个类。

流程

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作用

  1. 防止重复加载同一个.class。通过委托去向上面问一问，加载过了，就不用再加载一遍。保证数据安全。
  2. 保证核心.class不能被篡改。通过委托方式，不会去篡改核心.class，即使篡改也不会去加载，即使加载也不会是同一个.class对象了。不同的加载器加载同一个.class也不是同一个Class对象。这样保证了Class执行安全。

沙箱安全机制（了解）

JVM调优

目的

目的是减少STW(stop the world)时间， 所有GC都会引发STW，暂停用户进程

常用参数

参数名称 含义 ** 默认值** ** 备注**
-Xms 初始堆大小 物理内存的1/64(<1GB) 默认(MinHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制.
-Xmx 最大堆大小 物理内存的1/4(<1GB) 默认(MaxHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到 -Xms的最小限制
-Xmn 年轻代大小(1.4or lator) ** 注意**：此处的大小是（eden+ 2 survivor space).与jmap -heap中显示的New gen是不同的。 整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小. 增大年轻代后,将会减小年老代大小.此值对系统性能影响较大,Sun官方推荐配置为整个堆的3/8
-XX:NewSize 设置年轻代大小(for 1.3/1.4)
-XX:MaxNewSize 年轻代最大值(for 1.3/1.4)
-XX:PermSize 设置持久代(perm gen)初始值 物理内存的1/64
-XX:MaxPermSize 设置持久代最大值 物理内存的1/4
-XX:+PrintGCDetails 输出形式:[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs]
[GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs]
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 生成OOM错误的dump文件

GC（垃圾回收）

作用区域

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JVM在进行GC时，并不是对着三个区域统一回收，大部分时候，回收都是新生代

  • 新生代
  • 幸存区（from survivor、to survivor）
  • 老年区

GC两种类型：轻GC（普通的GC），重GC（全局GC）

GC常见题目

  1. JVM的内存模型和分区，详细到每个区防渗膜？
  2. 堆里面的分区有哪些？Eden、From survivor、To survivor、老年区，说说他们的特点
  3. GC的算法有哪些？标记清除法、标记压缩、赋值算法、引用计数器、怎么用的？
  4. 轻GC和重GC分别在什么时候发生？

基本机制

分代收集，所有GC都会引发STW

垃圾搜索算法

引用计数法

对象中存在一个引用计数器，一旦该对象被引用则计数器加1， 一旦对象应用被释放，则计数器减1。因为这种算法无法解决相互引用的问题，所有虚拟机并没有使用这个垃圾搜索算法。

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可达性分析算法

遍历所有的GC Roots，从GC root开始可达的为存活对象，不可达的为待gc对象。

GC Roots的条件：

  • 栈桢的局部变量表所引用的对象
  • 方法区的静态变量和常量所引用的对象
  • 本地方法栈的JNI所引用的对象

垃圾清除算法

复制算法

主要用于年轻代

内存划分为空闲区域和活动区域，把可达对象复制到空闲区域， 空闲区域变为活动区域，清空之前的活动区域，变为空闲区域

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好处：没有内存碎片

坏处：浪费内存空间，有一半空间永远是空to survivor

复制算法最佳使用场景：对象存活度较低的时候（主要是在新生区的时候）

标记-清除算法

从GCROOT开始，如果是可达对象标记为存活对象，然后对不可达对象进行清除

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优点：不需要额外的空间

缺点：两次扫描，浪费时间，会产生内存碎片

标记-压缩算法

对标记-清除算法进行优化，防止内存碎片产生
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总结

内存效率：复制算法>标记-清除算法>标记-压缩算法（时间复杂度）

内存整齐度：复制算法=标记-压缩算法>标记-清除算法

内存利用率：标记-压缩算法=标记-清除算法>复制算法

思考：有没有最优的算法？

没有。没有最好的算法，只有最合适的算法------>GC：分呆收集算法。

年轻代：

  • 存活率低
  • 复制算法

老年代：

  • 区域大
  • 存活率高
  • 标记-清除和标记-压缩混合实现

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