JVM虚拟机全貌-更新了更全的图

时间：2023-07-15 03:54:02 | 来源：网站运营

时间：2023-07-15 03:54:02 来源：网站运营

• 自动内存管理机制
• java内存区域
• 运行时数据区域
• 程序计数器
• 线程私有，生命周期同线程相同
• 字节码解释器通过改变计数器的值取下一条命令
• java线程执行的时java方法，计数器记录执行的虚拟机字节码指令地址，如果是native方法，计数器值为空
• 唯一一个没有OOMError的区域
• java虚拟机栈
• 线程私有，生命周期同线程相同
• 存储方法运行期的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息
• 本地方法栈
• 与虚拟机栈类似，本地方法栈使用native方法服务
• 堆
• 线程共享区域
• 分代收集
• 新生代
• Eden空间
• From Survivor空间
• To Survivor
• 老年代
• 堆可划分为线程私有的分配缓冲区TLAB
• 通过 -Xmx和-Xms控制
• 方法区（非堆）
• 线程共享
• 存储被虚拟机加载的类信息、常量、静态常量、即时编译器编译后的代码等数据
• 运行常量池
• 线程共享
• 是方法区的一部分
• 直接内存
• 对象创建
• 1.检查指令参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用
• 2.检查是否被加载、解析和初始化过，如果没有则先执行类加载过程
• 3.分配内存（对象所需内存大小在类加载完成后便可确定）以下是分配方式
• 指针碰撞
• 假定堆中内存绝对规整，通过中间指针作为分界，将堆分为可用内存和已用内存，通过中间指针向可用内存方向移动对象大小相等距离
• 空闲列表
• 如果堆内存不规整，则需要一个列表来记录哪块儿内存是可用的哪块内存不可用，在分配内存时找到足够大的空间分配给对象实例，并记录在列表上
• 选择哪种分配方式由堆内存是否规整决定，进而由垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。
• Serial、ParNew采用指针碰撞
• CMS基于标记清除算法采用空闲列表
• 分配内存并发问题
• 乐观锁CAS
• 把内存按照线程划分在不同的空间之中进行，每个线程预先分配一小块内存即-本地线程分配缓冲区TLAB
• 对象的内存布局
• 对象访问定位
• OOM异常
• 堆溢出
• 虚拟机栈和本地方法栈溢出
• 方法区和运行时常量池溢出
• 本机直接内存溢出
• 垃圾回收与内存分配策略
• 对象是否存活
• 引用计数法
• 有一个地方引用，计数器值加1，有一个地方引用失效，计数器值减1，为0代表可以回收。
• 可达性分析
• 通过根节点向下搜索，当一个对象到GCRoot没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的。
• 可作为GCRoots的对象有以下几种
• 虚拟机栈中引用的对象
• 方法区中类静态属性引用对象
• 方法区中常量引用的对象
• 本地方法栈中JNI引用的对象
• 引用
• 强引用
• 类似Object o = new Object(); 只要引用在，垃圾收集器永远不会回收
• 软引用
• 在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把软引用列在二次回收范围之中。
• 弱引用
• 当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。
• 虚引用
• 目的，在对象被收集器回收时收到一个系统通知，
• 回收方法区
• 回收废弃的常量和无用的类
• 满足无用类的条件
• 该类所有的实例都已经被回收，java堆中不存在该类的任何实例
• 加载类的ClassLoad被回收
• 该类对应的java.lang.Class对象没有任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法
• 垃圾收集算法
• 标记-清除算法
• 缺点：标记和清除效率都不高；空间问题，碎片太多可能会在下次大对象分配内存时触发一次gc
• 复制算法
• 将可用内存分配为2个大小一样的内存区域，每次只使用一半，回收时把存活对象复制到另外一半内存，将使用的那一半直接清理掉
• 标记-整理算法
• 分代收集算法
• 新生代，对象存活低，大部分对象都需要被清除，复制算法
• 老年代，存活较高没有太多空间可以分配，使用标记-清除或标记整理算法
• 垃圾收集器
• CMS
• 收集过程
• 初始标记
• 标记一下GCRoots能直接关联到的对象，速度很快
• 需要stop the word
• 并发标记
• 进行GCRoots tracing的过程
• 与用户线程同时执行
• 重新标记
• 为修正并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录
• 这个过程会比初始标记时间长，比并发标记时间短
• 需要stop the word
• 并发清除
• 与用户线程同时执行
• 缺点：
• cms因并发收集，导致会与用户线程争夺cpu资源，导致用户线程吞吐降低；
• 解决办法”增量式并发收集器“，减少GC线程cpu的独占时间
• 无法处理浮动垃圾，会出现一次gc之后会接着来领一次gc；
• 解决办法，通过调整触发full gc的内存占用百分比延缓频繁gc带来的停顿问题
• 标记清除算法带来碎片化的内存空间，导致大对象内存分配时会大概率触发一次full gc
• 开启（默认是开启的）内存碎片整理过程
• G1
• 特点
• 并行与并发
• 利用多核cpu硬件优势，在执行gc动作同时支持并发执行java线程
• 分代收集
• 通过不同方式处理新建对象和存活一段时间的旧对象获得更好的收集效果
• 空间整合
• 整体基于标记整理算法，局部使用复制算法。解决运作期间不产生内存空间碎片，收集后可提供规整的内存空间。
• 可预测停顿
• 可指定长度为n毫秒的时间片内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过m毫秒
• 执行步骤
• 初始标记
• 标记GCRoots能直接关联到的对象，并修改TAMS的值，让下一阶段用户程序并发运行时，能够在正确的Region中创建新对象。
• 需要停顿，耗时短
• 并发标记
• 从GCRoots开始对堆中对象进行可达性分析，找出存活对象
• 可与用户线程并行
• 最终标记
• 修正在并发标记期间因用户继续运作而导致标记产生变动的那一部分标记记录，并把对象变化记录记录在Rememberd Set Logs，最终标记需要把日志中的数据整合到Remembered Set中。
• 可与用户线程并行
• 筛选回收
• 首先对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户期望的gc停顿时间来制定回收计划
• 内存分配与回收策略
• 对象优先在Eden分配
• 大对象直接进入老年代
• 长期存活对象进入老年代
• 动态对象年龄判定
• 空间分配担保
• 虚拟机性能监控与故障处理工具
• jps
• 虚拟机进行状况工具，类似ps命令，可以列出正在进行的虚拟机进程，并显示执行主类名称及本地虚拟机唯一ID
• jstat
• 虚拟机统计信息监视工具，可查询某个jvm进程类转载、垃圾收集、运行期编译状况
• jmap
• java内存映像工具，获取dump文件、java堆和永久代详细信息等
• jhat
• 堆转存储快照分析工具与jmap搭配使用
• jstack
• java堆栈跟踪工具，用于生成当前时刻的线程快照
• 虚拟机执行子系统
• 类文件结构
• class文件头4个字节（魔数），确定这个文件是否为一个可以被虚拟机接受的文件
• 常量池
• 访问标志
• 类索引、父类索引与接口索引集合
• 字段表集合
• 方法表集合
• 属性表集合
• 虚拟机类加载机制
• 类加载时机
• 类生命周期
• 加载
• 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
• 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区运行时数据结构
• 在内存生成一个java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据访问入口
• 验证
• 文件格式验证
• 文件是否以魔数开头
• 主、次版号是否在虚拟机处理范围内
• 常量池是否有不支持类型等
• 元数据验证
• 是否有父类
• 父类是否继承了不允许被继承的类
• 是否实现了父类或接口要求实现的方法
• 类中字段是否与父类产生矛盾
• 字节码验证
• 准备
• 为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段（仅包含类变量-被static修饰的变量）
• 解析
• 虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程
• 初始化
• 类加载最后一步
• 使用
• 卸载
• 什么时候必须立即对类进行初始化
• 遇到new、getstatic、putstatic、invokestatic这4个字节码指令时。
• 使用new关键字、读取或设置一个类的静态字段（使用final修饰）、调用一个类的静态方法时
• 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行初始化则需要先进行初始化
• 当初始化一个类时，发现父类没有初始化则需要先初始化父类
• 当虚拟机启动时，需要指定一个要执行的主类，虚拟机会先初始化这个主类
• 类加载器
• 双亲委派模型
• 启动类加载器
• 扩展类加载器
• 应用程序类加载器
• 自定义加载器
• 过程：
• 一个类加载器收到类加载请求，会直接委派给父加载器进行加载，直到根加载器-启动类加载器；
• 只有当父加载器加载不到的时候，才会委托子加载器去加载，直到最底层的加载器
• 虚拟机字节码执行引擎
• 程序编译与代码优化
• 早期优化
• 晚期优化
• 高效并发
• java内存模型与线程
• java内存模型
• 主内存
• 所有变量都存储在主内存
• 工作内存
• 线程使用
• 线程使用到的变量的主内存副本拷贝
• volatile变量特殊规则
• 保证该变量对所有线程可见
• 禁止指令重排序优化
• happens-before
• 先行发生是指java内存模型中定义的两项操作之间的偏序关系
• 线程
• 线程的实现
• 使用内核线程实现
• 直接由操作系统内核支持的线程，线程由内核来完成切换，内核通过操纵调度器对线程进行调度，并负责将任务映射到各个处理器上。
• 使用用户线程实现
• 用户线程与轻量级进程混合实现
• java线程的实现
• jdk1.2之前是基于用户线程实现的，1.2之后是基于操纵系统原生线程模型来实现。
• java线程调度
• 协同式线程调度
• 线程执行完了主动通知系统切换到另一个线程。
• 好处：实现简单，切换操纵对线程自己是可知的，没有线程同步问题。
• 缺点：会导致程序一直阻塞，不让出cpu执行时间。
• 抢占式线程调度
• 每个线程由系统来分配执行时间，线程切换不由线程本身来决定（Thread.yield()方法可以让出执行时间，但是要获取执行时间的话是没有办法的）
• 线程生命周期
• 创建-new
• 运行-start
• 等待 wait-notify/notifyAll
• 有限等待
• 无限期等待
• 阻塞 synchronize
• 与等待区别：阻塞在等待着获取到排他锁，是否执行取决于另外线程是否释放该锁。等待是等待一段时间或等待被唤醒
• 结束 terminated
• 线程池生命周期
• Runable
• 接受新任务，添加队列
• Shutdown
• 不接受新任务，但要处理队列任务
• stop
• 不再接受新任务，不再处理队列中的任务，中断正在进行的任务
• tidying
• 正在停止运行，终止所有任务，销毁所有工作线程
• terminated
• 线程池已停止运行
• 线程池工作流程
• 1. 判断是否有可用核心线程，如果有，则直接线程处理，如果没有则添加到队列
• 2.如果核心线程满，队列满，则判断是否到达最大线程数，如果没有则创建非核心线程，如果满，则触发解决策略
• 线程池参数
• 核心线程数
• 最大线程数
• 阻塞队列
• ArrayBlockQueue
• 数组有界队列，FIFO，默认情况下非公平访问队列。可在构造函数设置为公平访问队列
• LinkedBlockQueue
• 链表有界队列，FIFO，默认大小为Integer.MAX_VALUE
• PriorityBlockQueue
• DelayQueue
• 延迟队列
• SynchronousQueue
• LinkedTransferQueue
• LinkedBlockTransferQueue
• 超时时间
• 线程工厂
• 拒绝策略
• AbortPolicy 丢弃并抛异常
• DiscardPolicy 丢弃不抛异常
• DiscardOldestPolicy 丢弃队列头任务
• CallerRunsPolicy 不丢弃，由使用调用线程直接运行任务
• 线程安全与锁优化
• 线程安全
• 不可变
• final
• 绝对线程安全
• java api标注线程安全
• 相对线程安全
• 需要保证对象单独操纵是线程安全的
• 线程兼容
• 对象本身不是线程安全，但是在调用端使用同步手段来保证对象线程安全，属于线程兼容
• 线程对立
• 线程安全的实现方法
• 互斥同步-悲观锁
• 非阻塞同步-乐观锁