JVM调优

目录

什么是JVM？

Java是如何实现跨平台的？

JDK 、JRE、JVM 有什么区别和联系？

JDK = JRE + 其他（一堆java工具（javac编译器）和java核心类库）

JRE = JVM + 其他（runtime class libraries等组件）

为什么要JVM调优【目的是什么】？

JVM监控工具？

JVM的组成以及作用？

JVM类加载流程

JVM类加载器有几种类型，分别加载什么东西？

什么是类加载器？

JVM类加载器使用到了什么设计模式【双亲委派模式】？

线程在JVM中是如何执行的？涉及到哪些区域？

线程在JVM的执行流程

JVM堆的组成

程序内存溢出了，如何定位问题出在哪儿？

垃圾回收算法

1.垃圾标记算法

1.1.引用计数算法

1.2.可达性分析算法

2.常用垃圾回收算法

2.1.标记清除算法

2.2.复制算法

2.3.标记整理算法

2.4.分代收集算法

堆大小怎么调，栈大小怎么调【网上查不到英文，难记死了】

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什么是JVM？

        JVM英文Java Virtual Machine，称为Java虚拟机，是Java跨平台运行的关键部分。

作用：Java通过JVM就可以跨平台实现一次编译过后，在多个系统平台进行运行。

Java是如何实现跨平台的？

        主要是通过JVM，当有一个java源文件，JDK中的javac编译器将java文件编译成字节码文件（.class文件），通过JVM【java虚拟机】将字节码文件通过类加载器编译成不同系统【windows、linux、Mac】能够识别的二进制机器码，这样就实现了一次编译，到处（多个系统平台上）运行。【关键因素就是系统是否安装相应的虚拟机。java程序实际是在虚拟机JVM上运行的】

JDK 、JRE、JVM 有什么区别和联系？

JDK(Java Development Kit) ：是Java开发工具包，它提供了Java的开发环境(提供了编译器javac等工具，用于将java文件编译为.class[字节码]文件)和运行环境(提供了JVM和Runtime辅助包，用于解析class文件使其得到运行)。JDK是整个Java的核心，包括了Java运行环境(JRE)，一堆Java工具tools.jar和Java标准类库 (rt.jar)。

JRE(Java Runtime Enviroment) ：是Java的运行环境，JRE是运行Java程序所必须的环境，包含JVM及 Java核心类库

三者之间的关系：

JDK = JRE + 其他（一堆java工具（javac编译器）和java核心类库）

JRE = JVM + 其他（runtime class libraries等组件）

为什么要JVM调优【目的是什么】？

        JVM调优目的：就是减少GC垃圾回收的频率，通过减少Minor GC【新生代】和减少Full GC【老年代】回收的的次数来实现。从而使用较小的内存占用来获取较高的吞吐量。【因为每次进行GC都会暂停JVM。】

JVM优化方法？

优化指标：

• 内存占用：程序正常运行需要的内存大小。

• 延迟：由于垃圾收集而引起的程序停顿时间。

• 吞吐量：用户程序运行时间占用户程序和垃圾收集占用总时间的比值

[重要]调优可以依赖、参考的数据有系统运行日志、堆栈错误信息、gc日志、线程快照、堆转储快照等。

JVM监控工具？

内存分析工具就是用来实时监控JVM的状态的。

JDK也有自己的可视化工具.Java提供了2个监视工具

Jconsole Jvisualvm

// 直接输入Dos命令 输入

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Jvisualvm安装GC插件，用来实时监控垃圾回收。

JVM的组成以及作用？

JVM主要由两个系统和两个组件组成。

两个系统指的是类装载器（Class Loader)和执行引擎（Execution Engine），

两个组件指的是运行时数据区（Runtime data area）和本地接口(Native interface)

===================记住黑体字即可==========================

Class loader(类装载器)：【将java代码加载成字节码文件】根据给定的全限定名类名(如：com.zs.xx)来装载class文件到Runtimedata area中的method area。

Runtime data area(运行时数据区域)：【将字节码文件加载内存中】这就是我们常说的JVM的内存。

Execution engine（执行引擎）：【将内存中的字节码文件解析成计算机能够识别的机器码（二进制）】执行classes中的指令。

Native Interface(本地接口)：【实现程序的执行】与native libraries交互，是其它编程语言交互的接口。

 JVM类加载流程

        类加载的过程包括了加载,验证,准备,解析和初始化这5个步骤

        加载：就是将字节码文件【Class文件】，读取到内存中。【隐式加载：通过new 关键字创建对象时，隐式的调用类的加载器把对应的类加载到jvm中。显示加载指的是通过直接调用class.forName（）方法来把所需的类加载到jvm中。 】

        验证:验证此字节码文件是不是真的是一个字节码文件 【毕竟后缀名可以随便改,而内在的身份标识是不会变的 】

        准备:为类中static修饰的变量分配内存空间并设置其初始值为0或null【初始化的时候才会进行赋值】

        解析 ：解析阶段会将java代码中的符号引用替换为直接引用 【

使用全限定名来cn.wmx.mooccc.domain.user来找到这个类加载到分配的内存空间中。】

        初始化:对变量进行赋值。

JVM类加载器有几种类型，分别加载什么东西？

        什么是类加载器？

        就是“通过一个类的全限定名来获取该类的二进制字节流”。实现这个动作的代码就叫做类加载器

              

JVM类加载器包含了

1启动类加载器：

负责将 /jre/lib下面的核心类库加载到内存中（比如/jre/lib/rt.jar）。

2扩展类加载器

加载/jre/lib/ext目录下的jar包和class文件到内存中

3应用程序加载器

负责将系统类路径（CLASSPATH）中指定的类库加载到内存中

JVM类加载器使用到了什么设计模式【双亲委派模式】？

通俗易懂的双亲委派机制_IT烂笔头的博客-CSDN博客_双亲委派

        加载优先级顺序：1启动类加载器>2扩展类加载器>3应用程序加载器

        JVM会优先使用优先级高的进行加载字节码文件，然后最后是应用程序加载器进行加载，如果都没有加载就会报错ClassNotFountException。

        实际是如何运作的呢？【其实就是先委托上级进行加载，委托不成功。】

我们以应用程序类加载器举例,它在需要加载一个类的时候,不会直接去尝试加载,而是委托上级的扩展类加载器去加载,而扩展类加载器也是委托启动类加载器去加载.

启动类加载器在自己的搜索范围内没有找到这么一个类,表示自己无法加载,就再让扩展类加载器去加载,同样的,扩展类加载器在自己的搜索范围内找一遍,如果还是没有找到,就委托应用程序类加载器去加载.如果最终还是没找到,那就会直接抛出异常了.

        为什么采用这种设计模式？

1不让我们轻易覆盖系统提供功能，防止危险代码的植入 【即使我们自定义了类加载器，启动类或扩展类任意一个加载了，我们自定义的也不会生效】

2也要让我们扩展我们功能【当原本的三个加载器都没有进行加载，就可以使用我们自定义的加载器】。

 

线程在JVM中是如何执行的？涉及到哪些区域？

JDK1.8以后，方法区被元空间替代，没有方法区了，元空间直接使用本地内存

Java 程序在 JVM 中是怎样执行的呢？

直接举例：

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        a();
    }
    
    public static void a() {
        int a = 1;
        b();
    }
 
    public static void b() {
        User b = new User();
    }
}

代码很简单，一个类，main() 方法调用 a() 方法，a() 方法中定义了一个 int 变量 a，然后调用 b() 方法，b() 方法中 new 了一个 User 对象 b。

想要弄明白这个问题，你需要一丢丢的前置知识：

• 栈内存中用于存放 Java 的基本类型和对象的引用类型

• 堆内存主要存放一些对象，栈中有对应的引用类型指向该【实例的内存地址】

线程在JVM的执行流程

        线程执行，每个方法都会形成一个栈帧进行压榨保存到虚拟机栈中，方法调用结束就回出栈。调用过程中创建的变量在虚拟机栈，对象实例存放在堆内存中，栈中的变量指向了对中的内存。当方法执行完成就出栈，创建的变量会被销毁，堆中的对象等待GC。

上面文字看不懂，可以看下面举例和视频。

http://vd3.bdstatic.com/mda-ngfib23r5ybsj286/360p/h264/1657976173300279887/mda-ngfib23r5ybsj286.mp4

• 程序运行

• main() 方法入栈

• a() 方法被调用，入栈

• 基本类型 a 变量在栈中被创建

• b() 方法被调用，入栈

• 引用类型 b 在栈中被创建【b方法中需要创建User实例】

• User 类型的实例在堆中被创建【堆内存用来存储对象】

• 将 User 实例的内存地址指向引用类型 b

• b() 方法执行结束，b 变量销毁，断开对 User 实例的引用，出栈

• a() 方法执行结束，a 变量销毁，出栈

• 垃圾回收将不再被引用的 User 实例回收掉

• main() 方法执行结束，出栈

• 程序执行结束

虚拟机栈（FILO）：java方法执行的内存模型。

栈帧（一个栈帧就对应Java代码中的一个方法，当线程执行到一个方法时，就代表这个方法对应的栈帧已经进入虚拟机栈并且处于栈顶的位置，每一个Java方法从被调用到执行结束，就对应了一个栈帧从入栈到出栈的过程 ）

局部变量表：编译器可知的8种基本类型、reference类型、returnAddress类型

操作数栈：一个用于计算的临时数据存储区（明显，此栈是为了存放要操作的数据用的）

动态链接：支持java多态

返回地址：方法结束的地方。return/Exception        

本地方法栈：Native方法执行的内存模型。

程序计数器：这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址（如果线程正在执行的是一个java方法，程序执行到第5行，然后时间片用完了，就需要执行其他的代码，当再次回到当前线程时，通过程序计数器就可以继续再原来的地方继续执行）。

JVM堆的组成

        堆内存是所有线程所共享的，堆内存主要是用于存储对象。

其中堆的组成部分包括 新生代和老年代。

新生代可分为一个Eden,两个Survivor区(From,To)

Eden中存放的是通过new 或者newInstance方法创建出来的对象 。

新生代采用的是复制算法。

老年代采用的是标记整理法。

程序内存溢出了，如何定位问题出在哪儿？

        增加启动参数-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=d:\ 可以把内存溢出的日志输出到文件，然后通过JVM监视工具JVisualVM来分析日志，定位错误所在。在linux服务器也可以使用命令： jmap -dump 来下载堆快照。

        

垃圾回收算法

1.垃圾标记算法

1.1.引用计数算法

给每一个对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值加1；每当有一个地方`不再引用它时，计数器值减1 这样只要计数器的值不为0，就说明还有地方引用它，它就不是无用的对象。

缺点：`当某些对象之间互相引用时，无法判断出这些对象是否还在被引用。

1.2.可达性分析算法

可达性指的对象到GC Root【垃圾收集的起点 】是否有任何引用链相连。当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连（GC Roots到这个对象不可达）时，就说明此对象是不可用。

举例：【可回收对象，说明没有对象引用。】

2.常用垃圾回收算法

常用的垃圾回收算法有三种：标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法，分代回收

2.1.标记清除算法

        分为标记和清除两个阶段【先标记后清除】，首先标记出所有需要回收的对象，标记完成后统一回收所有被标记的对象。

 缺点：标记和清除两个过程效率都不高；标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片【就无法保存连续的需要回收的对象】。

2.2.复制算法

        把内存分为大小相等的两块，每次存储只用其中一块，当这一块用完了，就把存活的对象全部复制到另一块上，同时把使用过的这块内存空间全部清理掉，往复循环。

缺点：实际可使用的内存空间缩小为原来的一半，比较适合

2.3.标记整理算法

先对可用的对象进行标记，然后所有被标记的对象向一段移动，最后清除可用对象边界以外的内存

2.4.分代收集算法

        把堆内存分为新生代和老年代，新生代又分为Eden区、From Survivor和To Survivor。一般新生代中的对象基本上都是朝生夕灭的，每次只有少量对象存活，因此新生代采用复制算法，只需要复制那些少量存活的对象就可以完成垃圾收集；老年代中的对象存活率较高，就采用标记清除和标记整理算法【两个算法综合使用】来进行回收。

堆大小怎么调，栈大小怎么调【网上查不到英文，难记死了】

-Xms : 初始堆内存大小，默认1/64 物理内存

-Xmx【MaxHeapSize】 : 堆的最大内存，默认1/4物理内存

-Xmn【memory nursery/new】 堆中新生代初始及最大大小

-Xss【ThreadStackSize】 : 线程栈大小