JVM知识整理

一.历史

• 技术和时间点
  • 1996，JDK1.0：虚拟机和AWT、Applet
  • 1997，JDK1.1：内部类、反射、jdbc、jar
  • 1998，JDK1.2：swing、三大分类（SE、EE、ME）、collection
  • 2000年，JDK1.3，hotspot成为御用商用虚拟机。
  • 2002，JDK1.4：正则、异常链、nio，.net框架的竞争加入
  • 2004，JDK5：泛型、枚举、自动装箱等语法，还有juc。
  • 2006，JDK6：开源、http的api、注解处理器，2009被收购。
  • 2011，JDK7：sun被收购后的商业化探索
  • 2015，JDK8：日期API、Lambda、永久代移除
  • 2018，JDK11：Android遭大重，因为API有版权；放弃javaEE（含有servlet、JDbc等组件）；出现OracleJDK商用模式。
  • 2019，JDK12：RedHat接手历史版本维护，OracleJDK首次出现和openJDK不一样。

• 几个重要概念
  • JCP（Java Community Process）：主要由Java开发者以及被授权者组成，职能是发展和更新
  • JEP（JDK Enhancement Proposals）：由Oracle成立来管理新版本JDK的发布功能。

• 虚拟机
  • JavaME的CLDC—如今只能在老人机里有市场
  • JavaSE的HotSpot—如今已经融合了jrockit的监控，一家独大。
  • apache和Dalvik：apache退出jcp组织；谷歌的Dalvik基于寄存器架构，所用的类库也不一样。

二.内存

• 1.程序计数器

  • 概念：线程私有，唯一一个没有过oom的区域。
  • 作用：记录程序运行指令下一跳内存地址——解决多线程恢复问题和顺序执行

• 2.栈

  • 概念：方法栈帧，线程私有
  • 栈帧组成：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口。
    • 局部变量表：进入方法时的大小即变量槽数量是确认的。
  • 异常：栈溢出是StackOverflow，申请失败则是oom，hotspot不允许动态扩展。

• 3.本地方法栈

  • 概念： hotspot实际上是本地和虚拟机栈合二为一实现的。
  • 作用：是调用别的c语言的库函数，native方法存放在此区

• 4.方法区

  • 落地实现：7是永久代8是元空间，线程共享的。
  • 作用：存放类信息（类模板）、常量、静态常量、字符串常量。
  • 永久代：8之后被取消，存放的是jar包class等元数据方便加载、以前跟老年代抢空间、静态类信息也存这。
  • 元空间：存放类信息（类模板）

• 5.常量池

  • 编译时规定常量池数据，也可以动态加入。8之后存在堆中
  • 内容：字面量和符号引用和直接引用。

• 6.直接内存

  • nio ：操作java堆上的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用
  • 0拷贝：绕过虚拟机堆空间，从直接内存复制到用户空间进行操作。

• 7.堆

  • 理解：栈管运行引用，堆管空间——存的就是实例对象
  • 并发方面：线程共享，但可以有线程私有的分配缓冲区
  • 存有到方法区类模板的指针

8.对象的创建流程

• 分配空间：
  • 指针碰撞法：适合内存规整，所以需要配合复制、标记清除压缩算法
  • 空闲列表：适合零散，比如标记清除
• 本地线程缓冲区TLAB：解决多线程下的内存分配指针冲突，需要一段线程私有缓冲区。
• 设置对象头：确定属于哪个类的类指针、gc的年龄
  • 锁状态、偏向id
  • 句柄

三.垃圾收集

垃圾收集

• from（幸存者一区）和to区能交换——gc扫描eden和from存活去to
• gc回收15次不到的去老年代
• fullgc回收不行时报oom

垃圾标记算法

• 引用计数器：计算机维护引用（已经弃用），因为无法解决循环引用。只有flashplayer、com等地方使用。
• 可达性分析算法：gcroots跟对象，垃圾回收检查它拥有的引用链进行回收。

• finalize()：只会在对象第一次被回收时被执行一次。
  • 作用：对c++析构函数的一种妥协，开销极大，已经弃用。

垃圾收集算法

• 复制：年轻代复制的from到to，优点是不会产生内存碎片，缺点是耗空间（预留两份空间），to满去old。
• 标记清除：在survive区标记存活的清除可回收的，缺点是速度要扫描2次先标记再回收，会严重耗时，而且会产生碎片。
• 标记压缩：标记清楚后再压缩一样腾出空间——缺点是压缩一样要时间

四.调优和工具

调优

• 针对heap调优runtime对象表示运行时内存
• 调jvm大小：xms64/1，xmx4/1，生产环境配一样防止争抢出现
• 永久代：可调permmaxsize
• eden和old：默认比例8:1：1可调比例
• gc日志：记录回收多少内存

工具

• jps
• 可视化：
  • Jconsole：

五.类加载

Class文件结构

• 概述：基于《虚拟机规范》级别的代码，可以由多种语言实现。

• 文件格式：类似于c语言结构体，类型只有无符号和表。

类加载时机

• 6种情况下：new、reflect包下的类方法、静态变量、静态方法、父类初始化、主类初始化

类加载过程

• 加载
  • 通过全限定名读取二进制流文件

• 连接

• 初始化

类加载器

• 三大加载器：层层调用的先调用底层的（沙箱安全）
  • bootstrap（c++）：加载底层的类——rt.jar包启动类加载的包
  • extclassloader：javax包——java写的
  • appclassloader：自己编写的类的加载器

• 双亲委派：委派给父类加载器去加载类

六.java内存模型（jmm）

• 为了实现多线程——将物理上的内存分为工作内存（也是在堆里）和主内存。