JVM的知識點有哪些

這篇文章主要介紹“JVM的知識點有哪些”，在日常操作中，相信很多人在JVM的知識點有哪些問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”JVM的知識點有哪些”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

1、什么是JVM？在哪？ 

• JVM本質上是一個程序，它能識別.class 字節碼文件（里面存放的是我們對.java編譯后產生的二進制代碼），并且能夠解析它的指令，最終調用操作系統上的函數，完成我們想要的操作！

  
  

• 關于Java語言的跨平臺性，就是因為JVM，我們可以將其想象為一個抽象層，只要這個抽象層JVM正確執行了.class文件，就能運行在各種操作系統之上了！這就是一次編譯，多次運行

  
  

• JVM是運行在操作系統之上的,它與硬件沒有直接的交互

 

2、JVM、JRE、JDK 的關系 

JDK = JRE + javac/java/jar 等指令工具

JRE = JVM + Java基本類庫

3、JVM體系結構 

• ?類裝載器子系統

• 運行時數據區

• 執行引擎

• 本地方法接口

• 垃圾收集模塊

• ?
  

• 方法區是一種特殊的堆

• 棧里面不會有垃圾，用完就彈出了，否則阻塞了main方法

• 垃圾幾乎都在堆里，所以JVM性能調優%99都針對于堆

4、三種JVM（了解） 

5、類加載器  

1、回顧new對象的過程

public class Student {
    //私有屬性
    private String name;

    //構造方法
    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }
}

//運行時,JVM將Test的信息放入方法區
public class Test{
    //main方法本身放入方法區
  public static void main(String[] args){
        //s1、s2、s3為不同對象
        Student s1 = new Student("zsr");  //引用放在棧里，具體的實例放在堆里
        Student s2 = new Student("gcc");
        Student s3 = new Student("BareTH");
        System.out.println(s1.hashCode());
        System.out.println(s2.hashCode());
        System.out.println(s3.hashCode());
        //class1、class2、class3為同一個對象
        Class<? extends Student> class1 = s1.getClass();
        Class<? extends Student> class2 = s2.getClass();
        Class<? extends Student> class3 = s3.getClass();
        System.out.println(class1.hashCode());
        System.out.println(class2.hashCode());
        System.out.println(class3.hashCode());
    }
}

• ?s1、s2、s3的hashcode是不同的，因為是三個不同的對象，對象是具體的

  
  

  
  

• class1、class2、class3的hashcode是相同的，因為這是類模板，模板是抽象的
  

1. 首先Class Loader讀取字節碼.class文件，加載初始化生成Student模板類

   
   

2. 通過Student模板類new出三個對象

?
那么Class Loader具體是怎么執行我們的.class字節碼文件呢，這就引出了我們類加載器~

2、類加載器的類別

我們編寫這樣一個程序

1. ?c++編寫，加載java核心庫 java.*,構造拓展類加載器和應用程序加載器。

2. 根加載器加載拓展類加載器，并且將拓展類加載器的父加載器設置為根加載器，

3. 然后再加載應用程序加載器，應將應用程序加載器的父加載器設置為拓展類加載器

4. 由于引導類加載器涉及到虛擬機本地實現細節，我們無法直接獲取到啟動類加載器的引用；這就是上面那個程序我們第三個結果為null的原因。

5. 加載文件存在位置

   
   

   
   

1. java編寫，加載擴展庫，開發者可以直接使用標準擴展類加載器。

2. java9之前為ExtClassloader，Java9以后改名為PlatformClassLoader

3.     加載文件存在位置

?
 

    2. 是Java默認的類加載器

6、雙親委派機制 

1、什么是雙親委派機制

• ?類加載器收到類加載的請求

  
  

• 將這個請求向上委托給父類加載器去完成，一直向上委托，直到根加載器BootstrapClassLoader

  
  

• 根加載器檢查是否能夠加載當前類，能加載就結束，使用當前的加載器；否則就拋出異常，通知子加載器進行加載；自加載器重復該步驟。
  

2、作用

舉個例子：我們重寫以下java.lang包下的String類

1. 1.  防止重復加載同一個

2. 
   

.class

3. 
   

4. 。通過不斷委托父加載器直到根加載器，如果父加載器加載過了，就不用再加載一遍。保證數據安全。

5. 
   




2. 保證系統核心.class，如上述的String類不能被篡改。通過委托方式，不會去篡改核心.class，即使篡改也不會去加載，即使加載也不會是同一個.class對象了。不同的加載器加載同一個.class也不是同一個class對象。這樣保證了class執行安全。

7、沙箱安全機制 

什么是沙箱？

1. 沙箱是一個限制程序運行的環境。沙箱機制就是將 Java 代碼限定在虛擬機(JVM)特定的運行范圍中，并且嚴格限制代碼對本地系統資源訪問，通過這樣的措施來保證對代碼的有效隔離，防止對本地系統造成破壞。





沙箱主要限制系統資源訪問，系統資源包括CPU、內存、文件系統、網絡。不同級別的沙箱對這些資源訪問的限制也可以不一樣。

java中的安全模型演進

• 本地代碼可信任，可以訪問一切本地資源。

• 遠程代碼不可信信在早期的Java實現中，安全依賴于沙箱 (Sandbox) 機制。

• 不論本地代碼或是遠程代碼，都會按照用戶的安全策略設定，由類加載器加載到虛擬機中權限不同的運行空間，來實現差異化的代碼執行權限控制。

 ?  

• 虛擬機會把所有代碼加載到不同的系統域和應用域

• 系統域部分專門負責與關鍵資源進行交互

• 應用域部分則通過系統域的部分代理來對各種需要的資源進行訪問。

• 虛擬機中不同的受保護域 (Protected Domain)，對應不一樣的權限 (Permission)。存在于不同域中的類文件就具有了當前域的全部權限，如下圖所示

組成沙箱的基本組件

1. 字節碼校驗器（bytecode verifier）

2. 類裝載器（class loader）

• 它防止惡意代碼去干涉善意的代碼；

• 它守護了被信任的類庫邊界；

• 它將代碼歸入保護域，確定了代碼可以進行哪些操作。

1. 從最內層JVM自帶類加載器開始加載，外層惡意同名類得不到加載從而無法使用；

   
   

2. 由于嚴格通過包來區分了訪問域，外層惡意的類通過內置代碼也無法獲得權限訪問到內層類，破壞代碼就自然無法生效。

   
   

• 存取控制器（access controller）：存取控制器可以控制核心API對操作系統的存取權限，而這個控制的策略設定，可以由用戶指定。

• 安全管理器（security manager）：是核心API和操作系統之間的主要接口。實現權限控制，比存取控制器優先級高。

• 安全軟件包（security package）：java.security下的類和擴展包下的類，允許用戶為自己的應用增加新的安全特性，包括：

  
  

1. 安全提供者

2. 消息摘要

3. 數字簽名

4. 加密

5. 鑒別

• 
  

8、Native本地方法接口 

JNI：Java Native Interface

本地接口的作用是融合不同的編程語言為Java所用，它的初衷是融合C/C++程序

• Java誕生的時候C、C++橫行，為了立足，必須要能調用C、C++的程序

  
  

• 于是在內存區域中專門開辟了一塊標記區域：Native Method Stack，登記Native方法

  
  

• 最終在執行引擎執行的的時候通過JNI（本地方法接口）加載本地方法庫的方法

  
  

9、PC寄存器  

• 每個線程都有一個程序計數器，是線程私有的，就是一個指針，指向方法區中的方法字節碼（用來存儲指向像一條指令的地址，也即將要執行的指令代碼），在執行引擎讀取下一條指令，是一個非常小的內存空間，幾乎可以忽略不計

10、方法區 

• 方法區是被所有線程共享，所有字段和方法字節碼，以及一些特殊方法，如構造函數，接口代碼也在此定義，簡單說，所有定義的方法的信息都保存在該區域，此區域屬于共享區間；

  
  

• 方法區與Java堆一樣，是各個線程共享的內存區域，用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼等數據。雖然Java 虛擬機規范把方法區描述為堆的一個邏輯部分，但是它卻有一個別名叫做Non-Heap（非堆），目的應該是與Java 堆區分開來。

  
  

1. 方法區中有啥？

1. 靜態變量(static)

2. 常量(final)

3. 類信息（構造方法、接口定義）

4. 運行時的常量池

2. 創建對象內存分析

• 創建一個對象時，方法區中會生成對應類的抽象模板；還有對應的常量池、靜態變量、類信息、常量

  
  

• 我們通過類模板去new對象的時候

  
  

• 堆中存放實例對象

• 棧中存放對象的引用，每個對象對應一個地址指向堆中相同地址的實例對象

11、棧  

• 棧：先進后出

• 隊列：先進先出（FIFO）

1、棧中存放啥？

1. 8大基本類型

2. 對象引用

3. 實例的方法

2、棧運行原理

• 棧表示Java方法執行的內存模型

  
  

• 每調用一個方法就會為每個方法生成一個棧幀（Stack Frame），每個方法被調用和完成的過程，都對應一個棧幀從虛擬機棧上入棧和出棧的過程。

  
  

• 程序正在執行的方法一定在棧的頂部

  
  

3、堆棧溢出StackOverflowError

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        new Test().a();
    }

    public void a() {
        b();
    }

    public void b() {
        a();
    }
}

12、堆  

Heap，一個JVM只有一個堆內存（棧是線程級的），堆內存的大小是可以調節的

1、堆中有啥？

2、堆內存詳解

1、Young 年輕代

對象誕生、成長甚至死亡的區

• Eden Space（伊甸園區）：所有的對象都是在此new出來的

• Survivor Space（幸存區)

• 幸存0區（From Space）（動態的，From和To會互相交換）

• 幸存1區（To Space）

Eden區占大容量，Survivor兩個區占小容量，默認比例是8:1:1。

2、Tenured 老年代

3、Perm 元空間

存儲的是Java運行時的一些環境或類信息，這個區域不存在垃圾回收！關閉虛擬機就會釋放這個區域內存！

這個區域常駐內存，用來存放JDK自身攜帶的Class對象、Interface元數據。

• jdk1.6之前：永久代

  
  

• jdk1.7：永久代慢慢退化，去永久代

  
  

• jdk1.8之后：永久代改名為元空間

3、什么是OOM？

內存溢出java.lang.OutOfMemoryError

1. 分配的太少

2. 用的太多

3. 用完沒釋放

4、GC垃圾回收

GC垃圾回收，主要在年輕代和老年代

• 假設伊甸園區只能存一定數量的對象，則每當存滿時就會觸發一次輕GC（Minor GC）

  
  

• 輕GC清理后，有的對象可能還存在引用，就活下來了，活下來的對象就進入幸存區；有的對象沒用了，就被GC清理掉了；每次輕GC都會使得伊甸園區為空

  
  

  
  

• 如果幸存區和伊甸園都滿了，則會進入老年代，如果老年代滿了，就會觸發一次重GC（FullGC），年輕代+老年代的對象都會清理一次，活下的對象就進入老年代

  
  

• 如果新生代和老年代都滿了，則OOM

13、堆內存調優 

1、查看并設置JVM堆內存

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //返回jvm試圖使用的最大內存
        long max = Runtime.getRuntime().maxMemory();
        //返回jvm的初始化內存
        long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();
        //默認情況下：分配的總內存為電腦內存的1/4,初始化內存為電腦內存的1/64
        System.out.println("max=" + max / (double) 1024 / 1024 / 1024 + "G");
        System.out.println("total=" + total / (double) 1024 / 1024 / 1024 + "G");
    }
}

• JVM最大分配內存為電腦內存的1/4

• JVM初始化內存為電腦內存的1/64

  
  
  -Xms1024m -Xmx1024m -Xlog:gc*

• -Xmx用來設置jvm試圖使用的最大內存，默認為1/4

• -Xms用來設置jvm初始化內存，默認為1/64

• -Xlog:gc*用來打印GC垃圾回收信息

2、怎么排除OOM錯誤？

1. 嘗試擴大堆內存看結果

2. 利用內存快照工具JProfiler

• MAT（Eclipse）

• JProfiler

• 分析Dump內存文件，快速定位內存泄漏

• 獲得堆中的文件

• 獲得大的對象

• …

3. 什么是Dump文件？如何分析？

import java.util.ArrayList;

public class Test {
    byte[] array = new byte[1024 * 1024];//1M

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Test> list = new ArrayList<>();
        int count = 0;
        try {
            while (true) {
                list.add(new Test());
                count++;
            }
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("count=" + count);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

接下來我們設置以下堆內存，并附加生成對應的dump文件的指令

-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

再次點擊運行，下載了對應的Dump文件

一直點擊上級目錄，直到找到.hprof文件，與src同級目錄下

我們雙擊打開，可以看到每塊所占的大小，便于分析問題

點擊Thread Dump，里面是所有的線程，點擊對應的線程可以看到相應的錯誤，反饋到具體的行，便于排錯

每次打開Dump文件查看完后，建議刪除，可以在idea中看到，打開文件后生成了很多內容，占內存，建議刪除

附：安裝Jprofiler教程

2.下載客戶端 https://www.ej-technologies.com/download/jprofiler/files

 打開IDEA的設置，找到Tools里面的JProfiler，沒有設置位置則設置位置

此時則全部安裝完成！

14、GC垃圾回收 

1、回顧

Garbage Collection：垃圾回收

• JVM在進行GC時，并不是對年輕代、老年代統一回收；大部分時候，回收都是在年輕代

• GC分為兩種：

• 輕GC（清理年輕代）

• 重GC（清理年輕代+老年代）

2、GC算法

1、引用計數算法（很少使用）

• 每個對象在創建的時候，就給這個對象綁定一個計數器。

• 每當有一個引用指向該對象時，計數器加一；每當有一個指向它的引用被刪除時，計數器減一。

• 這樣，當沒有引用指向該對象時，該對象死亡，計數器為0，這時就應該對這個對象進行垃圾回收操作。

 

2、復制算法

• 當Eden區滿的時候，會觸發輕GC，每觸發一次，活的對象就被轉移到幸存區，死的就被GC清理掉了，所以每觸發輕GC時，Eden區就會清空；

• 對象被轉移到了幸存區，幸存區又分為From Space和To Space，這兩塊區域是動態交換的，誰是空的誰就是To Space，然后From Space就會把全部對象轉移到To Space去；

• 那如果兩塊區域都不為空呢？這就用到了復制算法，其中一個區域會將存活的對象轉移到令一個區域去，然后將自己區域的內存空間清空，這樣該區域為空，又成為了To Space；

• 所以每次觸發輕GC后，Eden區清空，同時To區也清空了，所有的對象都在From區

這也就是幸存0區和幸存1區總有一塊為空的原因

1. 浪費了內存空間（浪費了幸存區一半空間）

2. 對象存活率較高的場景下（比如老年代那樣的環境），需要復制的東西太多，效率會下降。

3、標記–清除算法

1. 標記階段：這個階段內，為每個對象更新標記位，檢查對象是否死亡；

2. 清除階段：該階段對死亡的對象進行清除，執行 GC 操作。

   
   

4、標記–整理算法

1. 標記階段，該算法也將所有對象標記為存活和死亡兩種狀態；

2. 不同的是，在第二個階段，該算法并沒有直接對死亡的對象進行清理，而是將所有存活的對象整理一下，放到另一處空間，然后把剩下的所有對象全部清除。
   

 

到此，關于“JVM的知識點有哪些”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！