学习笔记-JVM

JVM的位置

JVM是运行在操作系统上的虚拟机,存在于JRE当中
JVM的类型

• HotSpot
  
  
  
  • Sun公司
    
  • 用的基本都是这个
    
  
  
• JRockit
  
  
  
  • BEA
    
  
  
• J9VM
  
  
  
  • IBM
    
  
  

JVM的体系结构




本地方法接口JNI

• JNI的作用
  
  
  
  • 拓展java的使用,融合不同的编程语言为java所用
    
    
    
    • 最初是C/C++
      
    
    
  • 因为最初java诞生的时候,市面上全是C/C++,java要想立足,必须有能调用C/C++的方法
    
    
    
    • 于是在内存中设置了本地方法栈,专门用来登记native方法
      
    • 然后由JNI去调用本地方法库
      
    
    
  
  
• 凡是带了native关键字的方法
  
  
  
  • 说明java的作用范围达不到了
    
  • 会进入本地方法栈
    
  • 执行引擎会调用本地方法接口JNI
    
  • 去调用底层c语言的库
    
  
  
• 常见的本地方法
  
  
  
  • 线程
    
  • 打印机
    
  • 管理系统
    
  
  
• 现在除了通过JNI,也有其他方法去调用其他语言的方法,比如说Socket
  

类加载器

ClassLoader
用于加载类
分类

• 虚拟机自带的加载器
  
  
  
  • java调用不到这个类
    
  • 是用C/C++写的
    
  
  
• 启动类(根)加载器
  
  
  
  • 加载java核心类库
    
  
  
• 扩展类加载器
  
  
  
  • 加载ext目录中的jar包
    
  
  
• 应用程序加载器
  
  
  
  • 加载当前classpath下的所有类
    
  
  

除此之外,用户也能自定义类加载器,用来加载指定路径的class类
双亲委派机制

• 类加载器收到类加载的请求
  
• 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
    
  
  
• 当前加载器检查是否能够加载当前这个类
  
  
  
  • 能加载就结束,使用当前的加载器
    
  • 否则通知子加载器进行加载
    
  
  
• 重复步骤3
  
• 若没有任何类加载器可以加载
  
  
  
  • Class Not Found
    
  
  

双亲委派机制的作用:

• 沙箱隔离机制,安全,防止Java的核心API类被篡改
  
  
  
  • 恶意代码无法通过同名类的方法获得高级权限
    
  
  
• 避免重复加载
  

类加载的过程

• 验证
  
• 准备
  
• 解析
  
• 初始化
  

程序计数器

• 可以看作
  
  
  
  • 当前线程所执行的字节码的行号指示器
    
  • 指向下一个将要执行的指令代码的地址
    
    
    
    • 如果是Java方法,记录的是虚拟机字节码指令的地址
      
    • 如果是native方法,记录的是Undefined
      
    
    
  • 由执行引擎来读取下一条指令
    
  
  
• 更确切地说
  
  
  
  • 一个线程的执行
    
  • 是通过字节码解释器改变当前线程的计数器的值
    
  • 来获取下一条需要执行的字节码指令
    
  
  
• 在物理上是通过寄存器来使用的
  
• 不存在OOM
  

栈

• 线程运行需要的内存空间
  
• 虚拟机栈为java方法服务
  
• 本地方法栈为native方法服务
  
• 两者在作用上是非常相似的
  
• 下面主要描述虚拟机栈
  

栈中存储的是什么

• 栈帧(stack frame)是栈的元素
  
  
  
  • 每个方法在执行时都会创建一个栈帧
    
  
  
• 栈帧主要包含四个部分
  
  
  
  • 局部变量表(local variable)
    
  • 操作数栈(operand stack)
    
  • 动态连接(dynamic linking)
    
  • 方法出口
    
  
  

局部变量表

• 用于存储数据
  
• 存储的类型有两种
  
  
  
  • 基本数据类型的局部变量
    
    
    
    • 包括方法参数
      
    
    
  • 对象的引用
    
    
    
    • 但是不存储对象的内容
      
    
    
  
  
• 所需的内存空间在编译期间完成分配
  
  
  
  • 方法运行期间不会改变局部变量表的大小
    
  
  
• 变量槽(Variable Slot)
  
  
  
  • 局部变量表的容量的最小单位
    
  • 一个slot最大32位
    
    
    
    • 对于64位的数据类型(long和double)会分配两个连续的slot
      
    
    
  • java通过索引定位的方法使用局部变量表
    
    
    
    • 从0开始
      
    • 一个Slot占1位
      
    • 非static方法第0个槽存储方法所属对象实例的引用
      
    • 
      
    
    
  • slot复用
    
    
    
    • 为了节省栈帧空间,slot是可以复用的
      
    • 如果某个变量失效了
      
      
      
      • 即超出了某个变量的作用域
        
      
      
    • 那么这个变量的slot就会交给其他变量使用
      
    • 副作用(这一段存疑):
      
      
      
      • 会影响系统的垃圾收集行为
        
      • 当某个变量失效后,因为它的slot可能还会交给其他变量复用,所以它占用的slot就不会被回收
        
      
      
    
    
  
  
• 线程安全
  
  
  
  • 当局部变量表中的引用逃离了线程的范围
    
  • 也就是当一个引用可以被另一个线程拿到的时候
    
  • 就变成线程不安全的了
    
  
  

操作数栈

• 一个栈
  
• 元素可以是任意的java数据类型
  
• 主要作用
  
  
  
  • 用于算数运算
    
  • 用于参数传递
    
  
  
• 栈帧中用于计算的临时数据存储区
  
• 举例
  
  
  
  • 1. public class OperandStack{
    3.     public static int add(int a, int b){
    4.         int c = a + b;
    5.         return c;
    6.     }
    8.     public static void main(String[] args){
    9.         add(100, 98);
    10.     }
    11. }

    复制代码
  • 
    
  • 
    
  
  

动态连接

指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用
返回地址

• 存放调用该方法的pc寄存器的值
  
• 正常退出时会使用
  
• 异常退出时会通过异常表来确认
  

可能出现的异常

• StackOverflowError
  
  
  
  • 栈溢出错误
    
  • 如果一个线程在计算时所需的栈大小>配置允许最大的栈大小
    
  • 那么jvm将抛出该错误
    
  
  
• OutOfMemoryError
  
  
  
  • 内存不足
    
  • 栈进行动态扩展时如果无法申请到足够的内存
    
  • 会抛出该错误
    
  
  

设置栈参数

• -Xss
  
  
  
  • 设置栈大小
    
  • 通常几百K
    
  
  

jstack命令

• jstack是JVM自带的JAVA栈追踪工具
  
• 它用于打印出给定的java进程ID、core file、远程调试Java栈信息
  
• 常用命令：
  
  
  
  • jstack [option] pid
    
    
    
    • 打印某个进程的堆栈信息
      
    
    
  • 选项
    
    
    
    • -F强制输出
      
    • -m显示本地方法的堆栈
      
    • -l显示锁信息
      
    
    
  
  
• 使用案例
  
  
  
  • 查看进程死锁情况
    
  • 查看高cpu占用情况
    
    
    
    • 还需要用到top命令
      
    
    
  
  

堆

被所有线程共享
主要存储

• new关键字创建的对象实例
  
  
  
  • 数组
    
  
  
• 静态变量
  
• string池(1.8之后)
  

GC就是在堆上收集对象所占用的内存空间
堆的空间结构

• 新创建的对象会存储在生成区
  
• 年轻代内存满之后,会触发Minor CG,清理年轻代内存
  
• 长期存活的对象和大对象会存储在老年代
  
• 当老年代内存满之后,会触发Full CG,清理全部内存
  
  
  
  • 如果清理后仍然无法存储进新的对象
    
  • 会抛出OutOfMemoryError
    
  
  

堆内存诊断

• jps工具
  
  
  
  • 查看当前系统中有哪些java进程
    
  
  
• jmap工具
  
  
  
  • 查看堆内存占用情况
    
  • jmap -heap pid
    
  • jmap -dump:format=b,live,file=1.bin pid
    
    
    
    • 将堆内存占用情况转储
      
    • format=b:以二进制的形式
      
    • live:抓取之前调用一次垃圾回收
      
    • file=1.bin:将文件导出为1.bin
      
    
    
  
  
• jconsole工具
  
  
  
  • 图形界面的,多功能的监测工具
    
  
  
• jvisualvm
  
  
  
  • 可视化虚拟机
    
  
  
• 案例:调用垃圾回收后,占用的内存依然非常大
  
  
  
  • 使用jvisualvm
    
  • 查看对象个数
    
  • 使用堆转储dump
    
  
  

方法区

被所有线程共享
主要存储

• 类信息
  
  
  
  • 版本
    
  • 字段
    
  • 方法
    
  • 接口
    
  
  
• 运行时的常量池
  
  
  
  • 字面量
    
    
    
    • final修饰的常量
      
    • 基本数据类型的值
      
    • 字符串(1.8之前)
      
    
    
  • 符号引用
    
    
    
    • 类和接口的全类型
      
    • 方法名和描述符
      
    • 字段名和描述符
      
    
    
  • 当类被加载时，.class中的常量池会被放进运行时常量池中
    
  
  

永久区

JDK1.7及之前,方法区的具体实现是PermSpace永久区
MetaSpace

JDK1.8后,使用MetaSpace元空间替代PermSpace
元空间不在JVM中,而是使用本地内存
有两个参数:

• MetaSpaceSize
  
  
  
  • 初始化元空间大小
    
  • 控制发生GC的阈值
    
  
  
• MaxMetaSpaceSize
  
  
  
  • 限制元空间大小上限
    
  • 防止异常占用过多的物理内存
    
  
  

使用常量池的优点

• 避免了频繁的创建和销毁对象而影响系统性能
  
• 实现了对象的共享
  

Integer常量池

1. public void TestIntegerCache()
2. {
3.     public static void main(String[] args)
4.     {
6.         Integer i1 = new Integer(66);
7.         Integer i2 = new Integer(66);
8.         Integer i3 = 66;
9.         Integer i4 = 66;
10.         Integer i5 = 150;
11.         Integer i6 = 150;
12.         System.out.println(i1 == i2);//false
13.         System.out.println(i3 == i4);//true
14.         System.out.println(i5 == i6);//false
15.     }
17. }

复制代码

<ul>为什么i1 == i2为false

• 因为是new了两个新对象,两个新对象的地址不一样
  

为什么i3 == i4为true
<ul>当Integer i3 = 66时,其实进行了一步装箱操作
通过Integer.valueOf()将66装箱成Integer
[code]public static Integer valueOf(int i) {        if (i >= IntegerCache.low && i