18 - 润新知

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JVM探究
- 请你谈谈对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常用的调优参数有哪些？
- 内存快照如何抓取，怎么分析Dump文件？
- 谈谈对JVM中类加载器的认识？
1. JVM的位置

2. JVM的体系结构

3. 类加载器

作用：加载Class文件
1. 虚拟机自带的加载器
2. 启动类（根）加载器（在rt.jar下）
3. 扩展类加载器（ExtClassLoader）
4. 应用程序（系统类）加载器（AppClassLoader）
```
 1 public class Car {
 2     public int age;
 3 
 4     public static void main(String[] args) {
 5         // 类是模板（抽象），对象是实例（具体）
 6         Car car1 = new Car();
 7         Car car2 = new Car();
 8         Car car3 = new Car();
 9 
10         System.out.println("car对象：");       // 输出不同
11         System.out.println(car1.hashCode());
12         System.out.println(car2.hashCode());
13         System.out.println(car3.hashCode());
14 
15         System.out.println("getClass：");    // 输出相同
16         Class<? extends Car> aClass1 = car1.getClass();
17         Class<? extends Car> aClass2 = car1.getClass();
18         Class<? extends Car> aClass3 = car1.getClass();
19         System.out.println(aClass1);
20         System.out.println(aClass2);
21         System.out.println(aClass3);
22 
23         System.out.println("getClassLoader：");
24         ClassLoader classLoader = aClass1.getClassLoader();
25         System.out.println("classLoader-> " + classLoader);     // AppClassLoader
26         System.out.println("classLoader.getParent()-> " + classLoader.getParent());     // ExtClassLoader   jrelibext
27         System.out.println("classLoader.getParent().getParent()-> " + classLoader.getParent().getParent()); // null
28         // null 1. 不存在； 2. java程序获取不到   rt.jar
29     }
30 }
31 // 运行结果
32 car对象：
33 460141958
34 1163157884
35 1956725890
36 getClass：
37 class Car
38 class Car
39 class Car
40 getClassLoader：
41 classLoader-> sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
42 classLoader.getParent()-> sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1540e19d
43 classLoader.getParent().getParent()-> null
```
4. 双亲委派机制

双亲委派机制是为了确保安全的。

原理：运行一个类之前，向上寻找加载器（APP-->EXT-->BOOT）：
1. 类加载器收到类加载的请求；
2. 将这个请求向上委托给父类加载器去完成，一直向上委托，直到启动类加载器；
3. 启动加载器检查是否能够加载当前这个类，能加载则结束，使用当前的加载器，否则抛出异常，通知子加载器进行加载，直到应用程序加载器。
5. 沙箱安全机制

参考链接：https://blog.csdn.net/qq_30336433/article/details/83268945

6. Native

凡是带有native关键字的，说明超出了Java的作用范围，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）！

JNI的作用：扩展java的使用，融合不同的编程语言为Java所用，最初是针对C和C++的。

Java在内存区域中专门开辟了一块标记区域（Native Method Stack），用于登记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。

调用其它语言方法的接口：Socket.. WebService.. http..

7. PC寄存器

程序计数器（Program Counter Register）：每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向下一条指令的地址，即将要执行的指令代码），在执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计。

8. 方法区

方法区（Method Area）：方法区是被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法，如构造函数，接口代码也在此定义，简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区域属于共享区间。

静态变量static、常量final、类信息Class（构造方法、接口定义）、运行时的常量池都存在方法区中，但是实例变量存在堆内存中，和方法区无关。

9. 栈

程序 = 数据结构 + 算法

栈内存，主管程序的运行，生命周期和线程同步；线程结束，栈内存就会被释放。对于栈来说，不存在垃圾回收问题。栈内存储的内容包括8大基本类型、对象引用、实例的方法。

栈的原理：栈帧

程序正在执行的方法，一定在栈的顶部！

10. 三种JVM
- Sun公司——HotSpot（Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.231-b11, mixed mode)）
- BEA公司——JRockit
- IBM公司——J9 VM
11. 堆

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、变量放在堆中，并且在堆中保存所有引用类型的真实对象。

堆内存中要细分为三个区域：
- 新生区（伊甸园区） Young/New
- 养老区 Old
- 永久区 Perm
GC垃圾回收，主要是在伊甸园区和养老区！幸存区是伊甸园区和养老区之间的过渡区域。

假设内存满了，即堆内存不够，会出现OOM错误。

在JDK8以后，永久存储区被重命名为元空间。

12. 新生区

是一个对象诞生、成长、甚至死亡的区域。
- 伊甸园区：所有对象都是在伊甸园区new出来的；
- 幸存区：分为0区和1区。
经过研究发现，99%的对象都是临时对象，正常情况下能够进入养老区的对象并不多。

13. 养老区

14. 永久区

这个区域是常驻内存的，用来存放JDK自身携带的Class对象以及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。

一个启动类加载了大量的第三方jar包，或者tomcat部署了太多的应用，或者大量动态生成的反射类不断被加载，使得内存被占满，可能会导致永久区崩溃，出现OOM。
- JDK1.6以前：被称为永久代，常量池位于方法区；
- JDK1.7：被称为u永久代，但是在逐渐退化，常量池在堆中；
- JDK1.8之后：无永久代，被称为元空间，常量池在元空间。
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。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。

Java 8: 从永久代（PermGen）到元空间（Metaspace）

15. 堆内存调优
```
 1 package com.wang;
 2 
 3 // 默认情况下，分配的总内存为电脑内存（16GB）的1/4，初始化内存为电脑内存的1/64
 4 public class MemoryDemo {
 5     public static void main(String[] args) {
 6         // 返回虚拟机试图使用的最大内存
 7         long max = Runtime.getRuntime().maxMemory();
 8         // 返回JVM的初始化总内存
 9         long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();
10 
11         System.out.println("max = " + max + "Bytes	" + (max/(double)1024/1024) + "MB");
12         System.out.println("total = " + total + "Bytes	" + (total/(double)1024/1024) + "MB");
13     }
14 }
15 // 运行结果
16 max = 3779067904Bytes   3604.0MB
17 total = 255328256Bytes  243.5MB
18 // 参数：
19 // -Xms 设置初始化内存分配大小（默认1/64）
20 // -Xmx 设置最大内存分配大小（默认1/4）
21 // -XX:+PrintGCDetails  打印GC垃圾回收信息
22 // -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError  输出OOM Dump
23 // 修改配置，为VM options添加添加参数后（-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails）
24 // 305664K (PSYoungGen) + 699392K (ParOldGen) = 1,005,056K = 981.5M
25 max = 1029177344Bytes   981.5MB
26 total = 1029177344Bytes 981.5MB
27 Heap
28  PSYoungGen      total 305664K, used 15729K [0x00000000eab00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
29   eden space 262144K, 6% used [0x00000000eab00000,0x00000000eba5c420,0x00000000fab00000)
30   from space 43520K, 0% used [0x00000000fd580000,0x00000000fd580000,0x0000000100000000)
31   to   space 43520K, 0% used [0x00000000fab00000,0x00000000fab00000,0x00000000fd580000)
32  ParOldGen       total 699392K, used 0K [0x00000000c0000000, 0x00000000eab00000, 0x00000000eab00000)
33   object space 699392K, 0% used [0x00000000c0000000,0x00000000c0000000,0x00000000eab00000)
34  Metaspace       used 3242K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
35   class space    used 350K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
```
元空间逻辑上存在，但物理上不存在（上述结果中新生区和老年区的内存和即为分配的内存）。

遇到OOM，如何排除：
1. 尝试扩大堆内存看结果如何；
2. 分析内存，查看出现问题的地方（专业工具）：
  - 能够看见代码第几行出错：内存快照分析工具，MAT，Jprofiler；
  - Debug，一行一行分析代码。
内存快照分析工具，MAT，Jprofiler作用：
- 分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏；
- 获得堆中的数据；
- 获得大的对象；
- ……
16. GC：垃圾回收机制

JVM在进行GC时，并不是对这三个区域（新生区、幸存区from/to、老年区）统一回收，大部分时候，回收的是新生代！

GC种类：轻GC（普通GC）、重GC（全局GC）

GC面试题：
- JVM的内存模型和分区，详细描述每个区存储什么？
- 堆里面的分区有哪些？（Eden, from, to, Old）说说他们的特点？
- GC的算法有哪些？标记清除法，标记压缩法，复制算法，引用计数法。具体怎么使用？
- 轻GC和重GC分别在什么时候发生？
引用计数法：

复制算法：

每次GC都会将Eden区存活的对象移到幸存区内：一旦Eden被GC就会变成空的！
- 原理：幸存区，一块叫from，一块叫to，对象存储在Eden和from块。当进行GC时，Eden存活的对象全移到to块，而from中，存活的对象按年龄值确定去向，当达到一定值（可-XX:MaxTenuringThreshold设置，默认为15）的对象会移到年老代中，没有达到值的复制到to区，经过GC后，Eden和from被清空。之后，from和to交换角色，新的from即为原来的to块，新的to块即为原来的from块，且新的to块中对象年龄加1。
- 实现过程：1. 找出活动空间（from）中所有存活的对象。2. 将这些存活的对象复制到空闲区域（to）。3. 将之前的活动空间（from）清空，然后，就变为空闲空间（to）了，而存活对象所在的区域，则变为活动空间（from）了。
- 好处：没有内存碎片
- 坏处：浪费了内存空间：幸存区多了一半是空的（to）
- 最佳使用场景：对象存活度较低的情况下，因而经常在新生区使用复制算法。
标记清除算法：
- 优点：不需要额外的空间；
- 缺点：两次扫描，严重浪费时间，会产生内存碎片。
标记压缩法：

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

新生区：存活率低，复制算法；

老年区：区域大，存活率高，标记清除（内存碎片不是太多时） + 标记压缩混合实现。

17. JMM

Java Memory Model

作用：缓存一致性协议，用于定义数据读写的规则

JMM定义了线程工作内存和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存中，每个线程都有一个私有的本地内存。

18. 总结

附：狂神b站视频链接
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原文地址：https://www.cnblogs.com/java-learning-xx/p/13889433.html

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JVM探究

1. JVM的位置

2. JVM的体系结构

3. 类加载器

4. 双亲委派机制

5. 沙箱安全机制

6. Native

7. PC寄存器

8. 方法区

9. 栈

10. 三种JVM

11. 堆

12. 新生区

13. 养老区

14. 永久区

15. 堆内存调优

16. GC：垃圾回收机制

17. JMM

18. 总结