JVM 全面详解：深入理解 Java 的核心运行机制

基础：

Jvm就是java虚拟机，

java执行流程：

文本文件(java)->编译器->.class文件->jvm->虚拟指令->执行引擎->解释为机器指令执行

编译的本质是将java源文件转为jvm能够认识的16进制class文件

类加载机制：

类加载的过程：

将.class文件转化为二进制文件加载到内存中，并转为可以运行的java.lang.Class对象，供jvm使用

1.1装载

  （1）通过类加载器获取类的全限定类名，将class文件转为二进制文件
（2）将二进制流中类的描述信息存入方法区，如：创建时间
（3）将Java.lang.Class对象存入堆中

1.2链接
（1）验证加载类的正确性
（2）在方法区为静态变量分配空间，设置默认0值
（3）把类的符号引用转为直接引用

1.3初始化

为类的静态变量赋值，执行静态代码块

常见类加载器

• BootstrapClassLoader（启动类加载器）：加载核心类库（rt.jar、java.base）。如：java.util.Date,java.lang.String

• ExtensionClassLoader（扩展类加载器）：加载 jre/lib/ext 或 -Djava.ext.dirs 指定目录下的类库。

• AppClassLoader（应用类加载器）：加载 classpath 下的类。

双亲委派模型

类加载收到加载请求时，先由父类加载器去加载，父类加载器无法加载时，再由自己加载

BootstrapClassLoader<-ExtensionClassLoader<-AppClassLoader 依次继承

面试题：如何打破双亲委派机制？

自定义类加载器类，继承ClassLoader类，重写loaderClass方法

内存模型

什么是jvm内存模型 每启动一个java程序，jvm会在进程中划分一块内存区，jvm将内存区划分为5块

jvm内存划分

jvm按照线程是否共享将内存首先分成两大类

线程独享区

只有当前线程能访问数据的区域，线程之间不能共享 线程独享区随线程的创建而创建，随线程的销毁而回收

线程共享区

所有线程都可以访问的区域， 当线程被销毁的时候，共享区的数据不会立即回收，需要等待达到垃圾回收的阈值之后才进行回收

程序计数器

记录当前线程要执行指令的内存地址，为了多线程切换时，能恢复到正确执行位置 只记录一个地址，不会出现内存溢出的问题

虚拟机栈

存当前线程中声明的变量，包括基本数据类型的数据和引用数据类型的引用

基本数据类型：能够确认占用内存的大小

引用数据类型：不能够确认占用内存的大小

将值的引用存放到虚拟机栈中，而对象存放在堆内存中

  栈帧

每一个线程会创建一个虚拟机栈，线程中的每个方法都会在虚拟机栈中创建一个栈帧，存放本次方法执行过程中所需要的所有数据，先进后出

 虚拟机栈溢出及调优

栈溢出99%是因为递归，可以通过修改内存大小设置栈帧的最大深度

本地方法栈（了解，并非四大分区）

存储的是维护非java程序的执行过程中产生的数据

方法区（java8之后叫元空间）

方法区会存储类信息，静态变量，常量，机器指令

如果加载大量class文件，也会造成方法区内存溢出

jvm执行引擎

将字节码指令解释/编译为对应平台上的本地机器指令

解释器：将字节码文件解释为机器指令

即时编译器：会将字节码文件编译为机器指令，存在方法区中，编译完成后直接执行本地机器指令即可

混合模式：

解释器逐条执行字节码，记录热点方法 热点方法交给编译器编译成机器指令

堆内存模型

jvm将对象存放在堆内存，堆内存空间是比较大的。所以我们对于jvm调优，也是主要针对于堆内存调优，比如分配堆内存的空间

对象内存布局

对象头+实例数据+对齐填充（）

jvm内存溢出（OOM）和垃圾回收（GC）机制

如果对象只创建不回收，则会造成内存溢出（OOM）

为什么进行堆内存划分？

1.垃圾回收后可以更好的利用内存空间，存放大对象 2.提高搜索垃圾的效率 3.尽可能减少GC次数

堆内存的划分

新生区：占1/3

又分为Eden区和两个Survivor区，且始终有一个Survivor区闲置。对象创建后会先放入Eden区，当Eden区满了之后会进行GC，之后将存活下来的对象复制到闲置的Survivor区，并清空Eden和正在使用的Survivor区。

老年区：占2/3

对象优先分配到新生区内存，每次GC没有回收的对象年龄+1，年龄到15还没有回收，则存放到老年区内存；如果对象较大，超过新生区内存的一半，对象也会放到老年区

YongGC和OldGC

OldGC：之后会进行补齐十分影响性能，尽可能减少

Survivor区空间并不大，满了怎么办？

会触发担保机制，提前将对象存入Old区

为什么需要Survivor区？

为了减少垃圾回收带来的空间碎片，空间碎片过多会频繁触发YongGC

为什么需要两块Survivor区？

为了减少Survivor区的kong

使用VisualVM监听java进程的内存模型

垃圾回收

如何判断垃圾？

引用计数法：

当有一个地方引用它时，计数 +1；引用失效时，计数 -1。

当计数为 0 时，说明对象不再被使用 → 可回收。

会出现循环引用的问题

可达性分析：

从一组 GC Roots 对象出发，沿着对象引用链不断向下搜索。

如果某个对象不能通过任何引用链连接到 GC Roots，就判定为“不可达对象”，就是垃圾。

GC Root对象：

栈帧中引用的对象 方法区中静态属性引用的对象 方法区中常量引用的对象 本地方法栈中引用的对象

回收算法

1.标记-清除

标记所有可达对象，然后清除未标记的，内存碎片化严重

2.复制(新生代)

将内存分为两块，每次只使用一块，当满了时，将存活的对象复制到另一块，清除原有区域

3.标记-整理(老年代)

标记所有可达对象，然后清除未标记的，让存活对象移向一端，减少内存碎片

为什么新生代用复制算法，老年代用标记-整理？

新生代对象存活率低，复制成本小，老年代对象存活率高，复制成本太大，所以用标记-整理

垃圾收集器

CMS收集器

CMS是并发收集器，是基于标记-清除算法进行垃圾回收的，用于OldGC

并发收集，低停顿，但是有内存碎片，停顿时间不可控

G1收集器

并发收集器，能支持YongGC和OldGC

G1没有固定的Old，Yong，Eden，Survivor区，而是将内存分为大小相等的Region，每次回收后，Region的用途可以改变

可以根据开发者设置的参数，停顿时间的期望值，优先回收垃圾最多的Region

“CMS 和 G1 有什么区别？” 你可以这样答：

CMS 是一种 低延迟的并发收集器，采用标记-清除算法，适合中小堆内存、对响应时间敏感的应用，但存在内存碎片和浮动垃圾问题。 G1 是 JDK9 默认的收集器，采用 分区化的标记-整理算法，可以避免碎片，并且能根据用户设定的停顿时间优先回收垃圾最多的 Region，更适合大堆内存和对延迟可控要求高的场景。

jvm调优

参数类型

-X参数 -XX参数

1.防止OOM

2.垃圾回收调优

2.1提高吞吐量 2.2减少停顿时间

堆内存文件查看工具

给jvm配置以下代码，让项目发生OOM时自动下载堆内存信息

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=heap.hprof

PerfMa查看生成的文件，可以看到各类对象实例数，实例的大小，使用的类加载器

GC日志查看工具

给jvm配置以下代码，将GC信息打印出来到gc.log文件

-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:gc.log

使用GCViewer查看log文件的GC信息，可以看到吞吐量，平均停顿时间，GC次数

jvm监控工具

jvisualVM

能查看参数命令，堆，cpu，类的使用情况

G1GC调优

经过实践，Parallel，CMS，G1，得出G1的吞吐量大，平均停顿时间少，GC次数多

1.适当增加堆内存 2.设置停顿时间 ；设置停顿时间：-XX:MaxGCPauseMillis=

常见面试题补充

内存泄漏和内存溢出是一样的概念吗?

不一样，内存泄漏是指不再使用的对象无法被回收，一直占用内存空间 内存溢出是指程序运行的最大内存大于能提供的最大内存

方法区中的类会被回收吗?

有可能，1.该类的所有实例都被回收，2.该类的类加载器被回收了

CMS 和 G1 的区别

1.cms 只能适用于老年代，g1 可以用于老年代和新生代。

2.cms 使用了标记——清除算法，会产生大量碎片，g1 使用标记——整理算法，减 少了碎片的产生。

3.g1 更加灵活，它将内存分为了一块块 region，并且停顿时间可控。