Java虚拟机知识整理

米斯特程序猿 2020年08月09日 399次浏览

JVM 组成部分以及区域划分

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JVM 主要组成部分以及其作用

  • 类装载器(Class Loader),负责加载类到运行时数据区
  • 执行引擎(Execution engine),负责执行字节码以及执行垃圾收集
  • 本地接口(Native Interface),负责与本地库交互的接口
  • 运行时数据区(Runtime data area),JVM 内存模型主要描述的部分，垃圾收集器主要处理的也是该区域

类加载器分类：

  • 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），是虚拟机自身的一部分，用来加载Java_HOME/lib/目录中的，或者被 -Xbootclasspath 参数所指定的路径中并且被虚拟机识别的类库；
  • 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载\lib\ext目录或Java. ext. dirs系统变量指定的路径中的所有类库；
  • 应用程序类加载器/系统类加载器（Application ClassLoader）。负责加载用户类路径（classpath）上的指定类库，我们可以直接使用这个类加载器。一般情况，如果我们没有自定义类加载器默认就是用这个加载器。
  • 自定义类加载器

JVM运行时数据区解释

  • 运行时数据区划分如下
    • 方法区，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。
    • 虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks),用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息；
    • 堆，Java 虚拟机中内存最大的一块，是被所有线程共享的，几乎所有的对象实例都在这里分配内存；
    • 程序计数器(Program Counter Register),当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解析器的工作是通过改变这个计数器的值，来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能，都需要依赖这个计数器来完成；
    • 本地方法栈(Native Method Stack),与虚拟机栈的作用是一样的，本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法服务的；

JVM里的堆、栈主要区别

  • 物理地址
    • 堆的物理地址分配对对象是不连续的。因此性能慢些。在GC的时候也要考虑到不连续的分配，所以有各种算法。比如，标记-消除，复制，标记-压缩，分代（即新生代使用复制算法，老年代使用标记——压缩）
    • 栈使用的是数据结构中的栈，先进后出的原则，物理地址分配是连续的。所以性能快。
  • 内存分配方式
    • 堆因为是不连续的，所以分配的内存是在运行期确认的，因此大小不固定。一般堆大小远远大于栈。
    • 栈是连续的，所以分配的内存大小要在编译期就确认，大小是固定的。
  • 存放的内容
    • 堆存放的是对象的实例和数组。因此该区更关注的是数据的存储
    • 栈存放：局部变量，操作数栈，返回结果。该区更关注的是程序方法的执行。
  • 程序的可见度
    • 堆对于整个应用程序都是共享、可见的。
    • 栈只对于线程是可见的。所以也是线程私有。他的生命周期和线程相同。
      PS：
      静态变量放在方法区
      静态的对象还是放在堆。

JVM 常见垃圾回收算法

  • 标记-清除,标记无用对象，然后进行清除回收。缺点：效率不高，无法清除垃圾碎片。
  • 标记-复制,按照容量划分二个大小相等的内存区域，当一块用完的时候将活着的对象复制到另一块上，然后再把已使用的内存空间一次清理掉。缺点：内存使用率不高，只有原来的一半。
  • 标记-整理,标记无用对象，让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清除掉端边界以外的内存。
  • 分代算法(主流商业虚拟机采用的算法),根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般是新生代和老年代，新生代基本采用复制算法，老年代采用标记整理算法。内存划分如图(JAVA8去掉了永久代，改为元空间)
    • image.png

常见垃圾收集器

  • Serial收集器（复制算法): 新生代单线程收集器，标记和清理都是单线程，优点是简单高效；
  • ParNew收集器 (复制算法): 新生代收并行集器，实际上是Serial收集器的多线程版本，在多核CPU环境下有着比Serial更好的表现；
  • Parallel Scavenge收集器 (复制算法): 新生代并行收集器，追求高吞吐量，高效利用 CPU。吞吐量 = 用户线程时间/(用户线程时间+GC线程时间)，高吞吐量可以高效率的利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，适合后台应用等对交互相应要求不高的场景；
  • Serial Old收集器 (标记-整理算法): 老年代单线程收集器，Serial收集器的老年代版本；
  • Parallel Old收集器 (标记-整理算法)： 老年代并行收集器，吞吐量优先，Parallel Scavenge收集器的老年代版本；
  • CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器（标记-清除算法）： 老年代并行收集器，以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，具有高并发、低停顿的特点，追求最短GC回收停顿时间。
  • G1(Garbage First)收集器 (标记-整理算法)： Java堆并行收集器，G1收集器是JDK1.7提供的一个新收集器，G1收集器基于“标记-整理”算法实现，也就是说不会产生内存碎片。此外，G1收集器不同于之前的收集器的一个重要特点是：G1回收的范围是整个Java堆(包括新生代，老年代)，而前六种收集器回收的范围仅限于新生代或老年代。
  • 各个收集器可以组合的方式图
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类装载的执行过程

  • 加载：根据查找路径找到相应的 class 文件然后导入；
  • 验证：检查加载的 class 文件的正确性；
  • 准备：给类中的静态变量分配内存空间；
  • 解析：虚拟机将常量池中的符号引用替换成直接引用的过程。符号引用就理解为一个标示，而在直接引用直接指向内存中的地址；
  • 初始化：对静态变量和静态代码块执行初始化工作。

双亲委派模型

一个类加载器收到了类加载的请求，它首先把这个请求委派给父类加载器去完成，每一层的类加载器都是如此，这样所有的加载请求都会被传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载无法完成加载请求（它的搜索范围中没找到所需的类）时，子加载器才会尝试去加载类。

常用的 JVM 调优的参数

-Xms2g：初始化推大小为 2g；
-Xmx2g：堆最大内存为 2g；
-XX:NewRatio=4：设置年轻的和老年代的内存比例为 1:4；
-XX:SurvivorRatio=8：设置新生代 Eden 和 Survivor 比例为 8:2；
–XX:+UseParNewGC：指定使用 ParNew + Serial Old 垃圾回收器组合；
-XX:+UseParallelOldGC：指定使用 ParNew + ParNew Old 垃圾回收器组合；
-XX:+UseConcMarkSweepGC：指定使用 CMS + Serial Old 垃圾回收器组合；
-XX:+PrintGC：开启打印 gc 信息；
-XX:+PrintGCDetails：打印 gc 详细信息。

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