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JAVA虚拟机详解-创新互联

JAVA虚拟机详解 1.前言

java虚拟机有自己完善的硬件架构。如处理器，堆，栈，寄存器，指令系统。JVM的主要工作是解释自己的指令集(即字节码文件)并映射到本地的CPU指令集或OS系统的调用。

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3.JVM虚拟机各部分详解 3.1 --装载器子系统
  • 装载器的作用：

从入口处按需装载.class文件到运行时数据区域，执行数据的初始化工作，供执行引擎执行。

  • 装载器的分类：

装载器一般分为两大类：启动类装载器，用户自定义装载器
启动类装载器又分为：引导类装载器，拓展类装载器，系统类装载器

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注意： 将自定义的类放到lib文件夹下，该类的加载由扩展类加载器来加载。出于安全考虑，引导类加载器不会加载陌生的类。

  • 装载器的装载流程

装载器的装载流程可以分为大体上分为三个阶段。详细可分为五个阶段。
大体可分为：加载——链接——初始化
详细可分为：加载——检验——准备——解析——初始化

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3.2 --运行时数据区域
  • 运行时数据区域的分类

运行时数据区域可分为：方法区，堆区，java栈区，本地方法栈，程序计数器。

  • 运行时数据区域

1.每运行一个JVM实例，系统都会分配一块内存空间用来存储数据，由JVM自行管理。
2.在运行时数据区域中，方法区和堆区是JVM实例中所有线程共享的。java栈，本地方法栈，程序计数器都是线程私有的。随着线程的创建而创建，随着线程的结束而消亡。
3.在运行时数据区域中。程序计数器是唯一不会造成内存溢出的内存区域。
4.在运行时数据区域中，堆区是垃圾回收机制的主要活动区域。

3.2.1 ——程序计数器（独立互不影响）

程序计数器也可以叫做行号指示器，是线程私有的，线程创建时创建，线程结束时消亡。用来存储当前正在执行的字节码的指令地址或偏移量，可以持有下一行字节码指令的地址。当访问本地方法（native）时，程序计数器的值为undefined,不存储任何信息。

  • 将程序计数器设置为线程私有的原因

    程序计数器是一块内存区域，用来记录线程当前要执行的指令地址。线程是占用CPU执行的基本单位。而CPU一般是使用时间片轮询方式让线程轮询占用的，所有当前线程CPU时间片用完之后，就需要让出CPU，等下次轮到自己再执行。所以设置为线程私有，就是为了记录线程让出CPU时间时执行的指令地址。等到再次获得CPU时间片就能够按照记录的指令地址继续执行。
3.2.2 ——java栈

java栈也是线程私有的，在线程启动时创建，JVM只能进行压栈，弹栈操作。在访问方法时进行压栈操作，方法结束时进行弹栈操作。超出栈内存会抛出栈内存溢出错误。

  • JAVA栈的划分

java栈可细化为：本地变量数组，操作栈帧，方法所属类的常量池引用
java栈也可细化为：局部变量数组，操作栈帧，动态链接，方法出口。
两个划分本地操作相同，只是定义不同。

划分方式一：
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划分方式二：
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3.2.3 —— 本地方法栈
  • 本地方法栈

1.通过JavaNativeInterface(JNI)本地方法接口调用本地方法（其他编程语言编写的代码），根据每个方法语言类型会创建相应的栈，用于存储每个本地方法的调用状况。基本情况与JAVA栈类似。
2.本地方法栈是线程私有的。

3.2.4 —— JAVA堆
  • 堆区（对JVM性能影响大）

1.在虚拟机启动时创建，内存占用大，是JVM实例中所有线程共享的内存区域，内存空间不连续，运行速度最慢，需要GC回收机制。
2.只要通过new创建的对象内存都在堆中分配。堆空间溢出会导致程序崩溃，所以当对象执行结束时，其占据的内存空间需要等待GC进行回收。

  • 什么时候堆中的元素会被作为垃圾元素等待回收？

    当堆中元素在栈中没有变量指向时，会被认为是垃圾等待GC回收。

  • 如何判断是否回收（个人理解）

1.引用计数法（缺点：无法解决循环引用问题）
当堆中元素被使用时，计数器加1，结束使用，计数器减1。当计数器最后为0时，表示队中元素没有被使用，能被进行回收。
2.可达性分析法
当元素的使用通过节点形式进行连接。在判断节点是否被回收时，通过查找节点分支，当节点分支无任何链接，表示可以被回收

  • JAVA堆的划分
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  • JAVA堆中内存使用详解

创建对象，首先会存入Eden区和s1区（From Survivor区域），当Eden满了，就会启动minor gc 回收不再使用的对象，将Eden和s1区中存活的对象放到s2区（To Survivor区域），剩下进行清除。s1和s2交换角色。如果经过多次清除还保留的元素会被放到老年代中。当Eden,s1,s2区都被占满后，就会将创建的对象放到老年代中。老年代占满之后就会触发FullGC回收堆，方法区对象。

  • 堆中垃圾回收算法的介绍

1.复制算法（缺点：内存使用率降低）
复制算法：将内存空间分为两份，每次只占用其中一份，当空间被占满之后，就会将该空间所有存活的对象放到另一半的空间中，将原来那一半空间对象进行清除。
2.标记清除（缺点:会产生很多碎片空间）
标记清除：将需要回收的对象进行标记，当空间被占满后，清除标记的对象。
3.标记整理
标记整理：将需要回收的对象进行标记，并向一边移动，当空间占满后，清除标记的对象。

  • 堆中内存泄漏场景

内存泄漏：不断有新增对象长期不被回收，导致老年代挤压，全量线程阻塞。
场景：
1.类静态属性
2.未关闭资源。流，数据库连接
3.Threadlocal,每个线程中都会有Threadlocal变量副本，线程不结束，不清除。尤其是线程池
的情况。

3.2.5 ——方法区
  • 方法区

1.和堆一样，是所有线程共享的，1.8之前称为永久代，1.8之后称为元空间，内部逻辑也发生改变。二者大的区别就是，永久代占用的是JVM的内存空间，而元空间占用的是本地内存空间。
2.主要用来存放已被虚拟机加载的类型信息（包括类，接口，枚举，域，方法等），常量，静态资源，即使编译器编译后的代码缓存等。
3.内存空间不连续，和堆一样，可选择固定大小或扩展。
4.方法区垃圾回收主要是两部分内容：【常量池中不使用的常量】【类的卸载】

  • 方法区内存分析
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3.3 执行引擎（解释器）

执行引擎（将字节码文件转换成机器码文件）

  • 第一代解释器

    JVM一条一条读取，解释并执行字节码指令，解释执行，解释快，执行慢。

  • 第二代解释器(即时编译器(JIT编译))

    代码第一次执行被编译之后，存入缓存中。第二次使用，直接从缓存中拿。

  • 第三代解释器(自适应编译器)

    代码执行时机比JIT编译迟，先将程序以某种方式运行起来，收集信息进行动态编译，在代码执行过程中监控代码执行频率，缓存利用率高的代码。

  • HotSpot(混合模式的执行引擎)-【解释器，自适应编译器】

    将需要编译的热点代码编译到本地代码，发现不频繁使用时，将本地代码从缓存中移除，重新进行解释执行。

4.JVM虚拟机运行命令

1.-Xms:设置堆空间最小内存
2.-Xmx:设置堆空间大内存
3.-XX:NewSize,设置新生代最小大小
4.-XX:MaxNewSize,设置新生代大空间代销
5.-XX:PermSize,设置方法区最小空间
6.-XX:MaxPermSize,设置方法区大空间大小
7.-Xss:栈大小
8.Jps:查看进程相关信息
9.Jstat:JVM运行时状态信息，内存信息，垃圾状态
10.JInfo:JVM参数
11.JStack:线程快照，可定位死锁，死循环。
12.top：动态查看当前占用最多的CPU进程
13.top -Hp 进程ID ：进程CPU使用率占用最高CPU进程ID。

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