猿创征文【高级篇】Java 进阶之JVM实战

文章目录

?前言
一、面试题解析
[二、JVM 理论详解](#二、JVM 理论详解)
[三、JVM 双亲委派机制](#三、JVM 双亲委派机制)
[四、Native 关键字](#四、Native 关键字)
[五、PC寄存器与方法区](#五、PC寄存器与方法区)
六、栈与堆
七、三种JVM、新生区、老年区、永久区
?小结

前言

JVM 是 Java 实现跨平台的基础，所有的Java 程序都基于JVM，那么JVM底层到底是如何实现的呢，Java目前已火了20多年了，下面我们就一起来看看这个强大的 JVM！！！

一、面试题解析

以下是面试高频题

请你谈谈你对JVM的理解？Java8虚拟机和之前的变化更新？

JVM（Java Virtual Machine） ：虚拟机，源文件.java在虚拟机中通过编译器编译成字节码文件.class，是整个java实现跨平台的最核心的部分

Java 8 虚拟机撤销了永久代，引入了元空间的概念。

在HotSpot虚拟机中，jkd1.6时，设计团队把方法区设计为永久代，这样GC工作区域就可以扩展至方法区。这种策略可以避免为方法区单独设计垃圾回收机制 ，但是坏处就是，方法区的回收条件十分苛刻，而且回收效果也不好。

到了最新的Java1.8 ，撤销了永久代，改为了元空间。

元空间的规则：

元空间中类及其相关的元数据和类加载器生命周期一致，每个类加载器有专门的存储空间，不会单独回收某个类，位置也是固定的，但是当类加载器不再存活时会把它相关的空间全部移除。

什么是OOM？什么是栈溢出StackOverflowError？怎么分析？

OOM（OutOfMemoryError）：内存溢出，原因是发生了某种原因导致程序使用了大量的jar 和 class，使Java虚拟机的内存空间不足，与Permanent Generation space有关。

解决方案：

增加Java虚拟机中的 XX:PermSize 和XX:MaxPermSize 参数的大小，XX:PermSize 是初始永久保存区域大小，XX:MaxPermSize是最大永久保存区域大小。
清理应用程序中web-inf/lib下的 Jar 或者 Maven仓库中的Jar，防止出现大量的Jar文件导致程序崩溃

StackOverflowError： 栈溢出，当栈深度超过虚拟机分配给线程的栈大小时就会出现此Error。

注意： 递归的错误，才出现Stack满的情况，而无限循环一般不会占用更多的内存或者具体的Stack，只是占cpu而已，所以不会抛此错误。

分析：抓取内存快照，分析Dump文件。

JVM常用的调优参数有哪些？

-Xms2g：初始化推大小为2g；
-Xms2g：堆最大内存为2g；
-XX:NewRatio=4：设置年轻的和老年代的内存比例为1:4；
-XX:SurvivorRatio=8：设置新生代Eden和Survivor比例为8:2；
-XX:+UseParNewGC：指定使用ParNew + Serial Old垃圾回收器组合；
-XX:+UseParallelOldGC：指定使用ParNew + ParNew Old垃圾回收器组合；
-XX:+UseConcMarkSweepGC：指定使用CMS + Serial Old垃圾回收器组合；
-XX:+PrintGC：开启打印gc信息；
-XX:+PrintGCDetails：打印gc详细信息；

内存快照如何抓取，怎么分析dump文件？

开启内存快照，当出现OOM时，会自动将dump文件放到改路径下

复制代码

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 # 把内存快照放到指定路径下
 -XX:HeapDumpPath=/usr/local/app/oom

最重要的是要打印出来GC日志 ，GC日志可以配合你用jstat工具分析GC频率和性能 的时候用，jstat可以分析出来GC的频率，但是对每次具体的GC情况，可以结合GC日志来看

谈谈JVM中类加载器你的认识？

类加载器（ClassLoader） 是Java语言的一项创新，也是Java流行的一个重要原因。在类加载的第一阶段"加载"过程中，需要通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流，完成这个动作的代码块就是类加载器。这一动作是放在Java虚拟机外部去实现的，以便让应用程序自己决定如何获取所需的类。

类加载器最重要的就是双亲委派模型，在下方会有说明。

二、JVM 理论详解

JVM的位置

JVM在JRE中

JVM的体系结构

类加载器

虚拟机自带的加载器
启动类（根）加载器
扩展类加载器
应用程序加载器

三、JVM 双亲委派机制

复制代码

/*
    双亲委派机制
    1.类加载器收到类加载的请求    Application（应用加载）
    2.将这个请求向上委托给父类加载器去完成，一直向上委托，直到根加载器
    3.根加载器检查是否能够加载当前这个类，能加载就结束，不能加载就抛出异常，通知子加载器进行加载
    4. 重复步骤3. 直至完成加载
    如果都没找到，则会抛出ClassNotFound！

    null：java调用不到的加载器，是由于底层是由C++写的，调用的C++的本地栈方法，所以是null

 */

加载顺序

复制代码

package java.lang;

public class String {

    //双亲委派机制：安全，一层一层网上找，上面有就使用上面的，没有就从根部一层层外外找，直至找到为止
    //1. APP（应用加载）  ---> EXC（扩展加载）  ---> BOOT(根加载，最终执行)
    //BOOT没有 --> EXC 再没有  ---> APP找到！
    
    @Override
    public String toString() {
        return "Hello World!!!";
    }

    public static void main(String[] args) {
        String s = new String();
        System.out.println(s.toString());
    }
}

我们新建了一个java.lang.String类，当加载时会报错，为什么呢，是因为双亲委派机制，直接去调用了ROOT下的String 类

很好的双亲委派机制讲解

沙箱安全机制

很好的沙箱安全机制讲解

了解即可

四、Native 关键字

native是一个计算机函数，一个Native Method就是一个Java调用非Java代码的接口。方法的实现由非Java语言实现，比如C或C++。

我们知道，当一个类第一次被使用到时，这个类的字节码会被加载到内存，并且只会回载一次。在这个被加载的字节码的入口维持着一个该类所有方法描述符的list，这些方法描述符包含这样一些信息：方法代码存于何处，它有哪些参数，方法的描述符（public之类）等等。

如果一个方法描述符内有native，这个描述符块将有一个指向该方法的实现的指针。这些实现在一些DLL文件内，但是它们会被操作系统加载到java程序的地址空间。当一个带有本地方法的类被加载时，其相关的DLL并未被加载，因此指向方法实现的指针并不会被设置。当本地方法被调用之前，这些DLL才会被加载，这是通过调用java.system.loadLibrary()实现的。

最后需要提示的是，使用本地方法是有开销的，它丧失了java的很多好处。如果别无选择，我们可以选择使用本地方法。

Thread类就调用了本地方法启动线程

复制代码

//navive：凡是带了native关键字的方法，说明java的作用范围达不到了，会去调用C语言的库
//会进入本地方法栈
//Java诞生的时候 C、C++横扫天下，Java想要立足，就必须要有 调用C、C++的程序
//JNI作用：扩展Java程序的使用，融合不同的编程语言为Java所用，C/C++
//它在内存区域开辟了一块空间为本地方法栈（Native Method Stack） 来登记需要执行的本地方法
//在最终执行的时候，通过JNI加载本地方法库中的方法
private native void start0();

//调用其它语言的接口，http、Socket、WebService

掌握即可，企业级应用中较为少见！

五、PC寄存器与方法区

PC寄存器

程序计数器：Program Counter Register

每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向像一条指令的地址，也指向即将要指向的指代代码），在执行引擎读取下一条命令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计

方法区

Methad Area 方法区

方法区就是被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法，如构造函数，接口代码也在此定义，简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区域属于共享区间

静态变量、常量、类信息（构造方法、接口定义）、运行时的常量池存在方法区中，但是实例变量存在于堆内存中，和方法区无关

六、栈与堆

栈

栈是一种数据结构

程序=数据结构+算法

栈：先进后出，桶

队列：先进先出（FIFO），First Input First Output

喝多了吐就是栈，吃多了拉就是队列

一个简单的执行流程

复制代码

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        new Test().test();
    }
    
    public void test(){
        
    }
}

在内存图中的结构如下

复制代码

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        new Test().test();
    }
    
    public void test(){
        a()
    }
    
    public void a(){
        test();
    }
}

这样会无线堆积栈，直至栈内存溢出

这种错误是非常严重的，例如递归时我们经常见这样的错误，一旦发生，很难解决，避免程序OOM

对象在内存中的创建过程

复制代码

public class Person {

    private Integer noid;

    private String name;

    private Integer age;

    public void info() {
        System.out.println("学生的姓名：" + name);
        System.out.println("学生的年龄：" + age);
        System.out.println("学生的noid：" + noid);
    }

    public static void main(String[] args) {
        //实例化对象
        Person person = new Person();
        //给属性赋值
        person.name = "小智";
        person.age = 20;
        person.noid = 1;
        //调用方法
        person.info();
    }
}

这段代码有3个成员变量，一个成员方法，我们为其赋值

内存结构图

在java内存中，创建对象有三个区域，栈（Stack ）、堆(Heap )、方法区(Method Area)

将类信息和成员方法加载至方法区，将成员属性加载至堆

main函数进入栈区，并定义一个Person类型的引用指向Person类的实例，在堆区创建Person对象的实例

接下来赋值操作，现在栈区找到对象的引用，然后根据引用去堆区赋值

随后调用info方法，先找到栈区对象的引用，然后根据指向去堆区找到实例，再去方法去调用方法

最后执行方法，方法执行完毕后，方法被弹出，也叫出栈，最后main函数被弹出

至此，创建对象在内存中的过程完毕

堆

Heap，一个JVM只有一个堆内存大小，堆内存的大小是可以调节的，

类加载器读取了类文件后，一般会将什么东西放到堆中？方法，全局变量，保存我们引用的真实对象

堆内存还要细分3个区域

新生区（伊甸园区） Young/New
养老区 old
永久区 Perm

GC垃圾回收主要在伊甸园区和养老区

假设内存满了，就会爆OOM错误，堆内存不够

复制代码

import java.util.Random;

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        String str = "";
        while (true) {
            str += str + new Random().nextInt(666666666)+new Random().nextInt(99999999);
        }
    }

}

在JDK8之后，永久存储区改为元空间

七、三种JVM、新生区、老年区、永久区

以下三种JVM

HotSpot
BEA JRockit
IBM J9VM

我们使用的是HotSpot

新生区

类：诞生和成长的地方，甚至死亡
伊甸园区，所有的对象都是在伊甸园区new出来的
幸存者区（0，1）两个来回切换 from to

老年区

老年区，经历重重GC回收还没死亡的会进入老年区，进入老年区的对象少之又少

真理：经过研究，有99%的对象都是临时对象，都在伊甸园区，用完即失。

永久区

这个区域是常驻内存的，用来存放JDK自身携带的Class对象，Interface存放元数据，存储的是Java运行时的一些环境或类信息，这个区域不被GC垃圾回收，在关闭虚拟机的时候就会释放这个区域的内存。

一个启动类，加载了大量的第三方jar包。Tomcat部署了太多的应用，大量动态的生成反射类，不断的被加载，直到内存满，就会出现OOM

jdk1.6之前：永久代，常量池是在方法区
jdk1.7：永久代，满满的退化了，去永久代 常量池在堆中
jdk1.8之后：无永久代，元空间，常量池在元空间内

逻辑上存在，物理上不存在

在一个项目中，突然出现了OOM故障，那么该如何排除，研究为什么出错~

能够看到代码第几行出错：快照分析工具，MAT：Eclipse的工具 JProfiler
DeBug，一行行分析

MAT、Jprofiler作用：

分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏
获得堆中的错误
获得大的对象~

小结

以上就是【Bug 终结者 】对 【高级篇】Java 进阶之JVM实战 的简单介绍，JVM 是Java 进阶必备， 在项目开发中，熟练的掌握了JVM 那就会感受到极其好的感受 ，JVM调优 ，提高程序QPS，吞吐量必备，同时也是 Java 高级面试高频，可见，掌握并灵活运用JVM就可以说是达到了高级的水平！

如果这篇【文章】有帮助到你，希望可以给【Bug 终结者 】点个赞??，创作不易，如果有对【后端技术 】、【前端领域 】感兴趣的小可爱，也欢迎关注【Bug 终结者】，我将会给你带来巨大的【收获与惊喜】???！

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前言

一、面试题解析

二、JVM 理论详解

JVM的位置

JVM的体系结构

类加载器

三、JVM 双亲委派机制

四、Native 关键字

五、PC寄存器 与 方法区

六、栈与堆

七、三种JVM、新生区、老年区、永久区

小结

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