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JVM Java 虚拟机

JVM:类加载、双亲委派、ThreadLocal、垃圾回收机制与收集器。

JavaJVM笔记

JVM Java虚拟机

元空间是方法区的实现。

  • 线程私有区域
    • 程序计数器（PC Register）
    • Java虚拟机栈（JVM Stack） 存储栈帧 当程序调用函数的时候 形成栈帧 入栈
    • 本地方法栈（Native Method Stack）
  • 线程共享区域
    • 堆（Heap） 字符串常量池在这 实例对象和数组都在堆
    • 方法区（Method Area）（元空间实现 ） 运行时常量池在这 类的 “元数据” 和相关静态资源提供存储空间 已被 JVM 加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器

什么是程序计数器

线程私有的，每个线程有一份，内部保存的字节码的行号。核心作用存放下一条将要执行的指令的内存地址。

类加载机制

家宴准备了西式菜 加载 验证 准备 解析 初始化

加载 -> 连接 -> 初始化

  • 加载 读取Class文件，将其转化为某种静态数据结构存储在方法区，并在堆中生成一个便于用户调用的java.lang.Class类型的对象的过程。
  • 连接
    • 验证 确保class文件中的字节流包含的信息，符合当前虚拟机的要求，保证这个被加载的class类的正确性，不会危害到虚拟机的安全。
    • 准备 为类中的静态变量分配内存，并设置默认的初始值，比如int类型初始值是0。被final修饰的static字段不会设置，因为final在编译的时候就分配了。
    • 解析 解析阶段是虚拟机将常量池的「符号引用」直接替换为「直接引用」的过程。Java通过 动态解析（运行的时候来解析）实现后期绑定和多态。
  • 初始化 不是构造函数 而是class层面 JVM 会执行类的 <clinit>() 方法（类构造器方法） 如静态变量赋值 执行静态代码块

双亲委派

向上委托，向下加载

  • Bootstrap ClassLoader
  • Extension ClassLoader
  • Application ClassLoader

作用：

  • 避免重复加载 （当向上委托的时候会先查看自己有没有加载过）
  • 保证Java核心类库绝对安全
Tomcat如何打破双亲委派的

WebAppClassLoader 重写了 ClassLoader 的 loadClass() 方法，并实现了与标准双亲委派相反的加载顺序，先在本地缓存中查找，再委派给ExtClassLoader看是不是基础安全类，如果不是则尝试自己加载。如果加载类是核心类就不会自己加载。

为了实现多个 Web 应用之间的应用隔离和热部署功能。

深拷贝和浅拷贝是什么

  • 浅拷贝并不是真的拷贝，只是复制指向某个对象的指针，而不复制对象本身，新旧对象还是共享同一块内存。
  • 深拷贝会另外创造一个一模一样的对象，新对象跟原对象不共享内存，修改新对象不会改到原对象

深拷贝如何实现

  1. 使用“拷贝构造函数” (Copy Constructor) 这是一种设计模式，你为你的类提供一个“拷贝构造函数”，它接收一个同类型的对象，然后手动（Manually）复制所有字段。
public User(User other) {
        this.name = other.name;
        // 关键：不是 this.address = other.address;
        // 而是为 address 创建一个新副本
        this.address = new Address(other.address);
}
  1. 使用 JSON 序列化 (推荐的实用方案) 这是目前最流行、最简单的“偷懒”方式，利用第三方库（如 Jackson, Gson, Fastjson）将对象序列化为 JSON 字符串，然后再反序列化为新对象。
  2. 使用 Java 原生序列化 (Serializable) 不推荐
  3. 重写 clone() 方法 (不推荐)

介绍一下四种引用

  • 强引用
    • 垃圾回收器不会回收被引用的对象，哪怕内存不足时，JVM 也会直接抛出 OutOfMemoryError，除非赋值为 null。
  • 软引用
    • 软引用是用来描述一些非必需但仍有用的对象。在内存足够的时候，软引用对象不会被回收，只有在内存不足时，系统则会回收软引用对象，如果回收了软引用对象之后仍然没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。
  • 弱引用
    • 弱引用的引用强度比软引用要更弱一些，无论内存是否足够，只要 JVM 开始进行垃圾回收，那些被弱引用关联的对象都会被回收。
  • 虚引用
    • 虚引用是最弱的一种引用关系，如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，它随时可能会被回收

ThreadLocal

privatestatic ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();

每一个Thread内部有一个ThreadLocalMap ThreadLocalMap<ThreadLocal,T>

  • Key ：ThreadLocal本身 为一个弱引用
  • Value ：手动Set的Value 为强引用

ThreadLocal使用不当会造成内存溢出问题

ThreadLocal tl = new ThreadLocal() 这句代码所在的方法执行完毕，tl 这个栈引用被销-毁了），在下一次垃圾回收（GC）发生时，这个 ThreadLocal 对象就会被回收。

在使用完 ThreadLocal 后，务必手动调用其remove()方法。

  • 如果 Key 是强引用： 只要线程不死（比如线程池），那么 ThreadLocal 对象本身永远无法被回收，Value 也永远无法被回收。这是 100% 的、绝对的、永久的内存泄漏。
  • 因为 Key 是弱引用： 当外部不再使用 ThreadLocal 时，下次 GC 至少能把 ThreadLocal 对象本身给回收掉。虽然 Value 暂时留下了，但泄漏的范围缩小了。

*垃圾回收

  • minorGC 新生代垃圾回收
  • majorGC 老年代垃圾回收 由于majorGC发生时通常伴随着minorGC，因此也被称为fullGC

搜集算法 判断垃圾的方法有哪些

  • 引用计数法 已淘汰
    • 每一个对象有一个引用计数器
    • 缺点显著，两个对象可能相互引用
  • 可达性分析算法 实际采用的方法
    • 从根对象GC Roots触发，向下搜素，走过的路径就叫引用链。

哪些是对象是GC Roots

  1. 虚拟机栈 本地方法栈 中的对象
  2. 方法区中的 static 对象 final 对象
  3. 被同步锁持有的对象
  4. JVM内部引用 如类加载器
  5. 正在活跃的线程

回收算法

  • 标记清除法 先标记哪些是垃圾再统一回收
    • 会产生大量碎片
  • 标记复制算法 两块区域 将原取余的非垃圾复制到新取余，清除原区域。
    • 会浪费一半的内存空间 两个幸存者区就是这样
  • 标记整理算法 FullGC时候会执行碎片整理 将非垃圾往前挪
    • 性能较差 适合老年代
  • 分代回收算法：分代收集是将内存划分成了新生代和老年代。分配的依据是对象的生存周期，或者说经历过的 GC 次数。对象创建时，一般在新生代申请内存，当经历一次 GC 之后如果对还存活，那么对象的年龄 +1。当年龄超过一定值(默认是 15，可以通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold 来设定)后，如果对象还存活，那么该对象会进入老年代。

垃圾回收器

堆是如何分布的

  • 新生代
    • Eden区
    • Survivor区
  • 老年代

CMS - 老年代垃圾回收器

Concurrent Mark Sweep 内存小 对延迟极其敏感

核心：它是以获取最短回收停顿时间（STW）为目标的收集器。

当老年代内存不足的时候触发

  1. 初始化标记 将整个年轻代都认为是GC Roots（广义的GC Root） STW
  2. 并发标记（递归标记 三色标记法） GC线程和用户线程并发
    1. 这时候新产生的或发生变化的对象会被标记为Dirt Card
  3. 重新标记 标记Dirty Card STW
  4. 并发清除 重新初始化CMS中的数据 为下一次CMS做处理

CPU处理核数 = （处理器核心数+3）/ 4 至少占用25%

致命缺陷:

  • CPU使用频率高
  • 标记-清除算法，会产生大量内存碎片
  • 会产生浮动垃圾：在“并发清除”阶段，业务线程还在运行，这期间产生的新垃圾，CMS 这次是收不掉的，只能等下次 GC，这就是浮动垃圾
  • 停顿时间有非常苛刻的要求
  • 堆内存不够

G1 - Gabage-First - JDK9开始使用

用户可以指定期望的 GC 停顿时间，G1 会根据这个时间，优先回收那些垃圾最多、收益最大的 Region（这就是 Garbage-First 名字的由来）。

采用标记复制算法

把堆分成2048个Region

还是分了Egen、S0、S1、老年代，额外的Humongous大对象区

  1. 初始标记 从GC Root出发 MaxGCPauseMillis STW
  2. 并发标记
  3. 最终标记 SATB（Snapshot-At-The-Beginning）算法 STW
  4. 筛选回收 STW

G1垃圾回收器 1.9后的默认回收器

  • 大内存
  • 内存碎片敏感
  • 性能平衡 停顿时间和吞吐量平衡
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