Java虚拟机整体架构祥图

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类加载器

  1. 虚拟机自带的加载器

  2. 启动类（根、BootStrap）加载器

  3. 扩展类加载器

  4. 应用程序（系统）加载器

public static void main(String[] args) {
    ClassLoader classLoader = OtherTest.class.getClassLoader();
    //AppClassLoader，应用程序加载器   实现java.lang.abstract
    System.out.println(classLoader);
    //ExtClassLoader，扩展加载器   jre/lib/ext目录
    System.out.println(classLoader.getParent());
    //null，不存在或者java无法获取   rt.jar
    System.out.println(classLoader.getParent().getParent());
}

双亲委派机制

  1. 类加载器收到加载类的请求

  2. 将这个请求向上委托父类加载器去完成，一直向上委托到根加载器

  3. 根加载器检查是否能够加载此类，能加载就加载并结束；不能加载则抛出异常，通知子加载器进行加载

  4. 重复步骤3

示例代码：

package java.lang;
/*
 * @Description
 * @Author Doubly
 * @Date 2021/10/8
 */
public class String {
    public String toString(){
        return "Hello";
    }
    public static void main(String[] args) {
        String s = new String();
        System.out.println(s.toString());
    }
}

运行结果：

错误: 在类 java.lang.String 中找不到 main 方法, 请将 main 方法定义为:
   public static void main(String[] args)
否则 JavaFX 应用程序类必须扩展javafx.application.Application

为了保证程序的安全，首先在AppClassLoader中找String，虽然已经找到，但是会继续在ExtClassLoader中找，最后在BootStrapClassLoader中找，找到rt.jar下面的String。所以不会家在我们自己写的String，会报没有main方法的错误。

AppClassLoader -> ExtClassLoader -> BootstrapClassLoader（最终执行）

native关键字

凡是带了native关键字的，说明Java的作用范围达不到了。会进入本地方法栈，通过本地方法接口（JNI）调用本地方法库。比如Object中的hashcode()方法，就是调用的本地方法。

方法区

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，但是实例变量存在堆内存，和方法区无关

栈

8大基本类型+对象引用+实例的方法

堆

一个jvm只有一个堆内存，堆内存大小是可以调节的。

默认分配的总内存是电脑的1/4，初始化的内存是电脑的1/64.

代码示例：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //返回虚拟机试图使用的最大内存
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();
        //返回虚拟机初始化使用的总内存
        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();

        System.out.println("max:"+maxMemory + "字节 " + (maxMemory/(double)1024/1024) + "MB");
        System.out.println("max:"+totalMemory + "字节 " + (totalMemory/(double)1024/1024) + "MB");
    }
}

结果：

max:1908932608字节 1820.5MB 
max:128974848字节 123.0MB

​

堆内存细分三个区域：

  • 新生区（伊甸园区+幸存区0区+幸存区1区）（幸存区也叫from区与to区）

  • 养老区

  • 永久区

新生区

伊甸园区

所有的对象都是在伊甸园区new出来的，伊甸园区满了会出发轻gc

幸存区（0区+1区）

gc触发后，还存在引用指向对象，对象就不会被回收，会进入幸存区。伊甸园区和幸存区都满了以后会今进行重gc。

养老区

幸存区满了之后，会进入养老区。一般99%的对象都会被清除，默认当一个对象经历15次后可以进入养老区。养老区满了之后就出现了OOM（Out Of Memory）。

查看JVM堆中每个区的情况，可使用如下参数

JVM参数：

-Xms1024m -Xmx2048m -XX:+PrintGCDetails

输出：

Heap
 PSYoungGen      total 305664K, used 20971K [0x0000000795580000, 0x00000007aaa80000, 0x00000007c0000000)
  eden space 262144K, 8% used [0x0000000795580000,0x00000007969fafb8,0x00000007a5580000)
  from space 43520K, 0% used [0x00000007a8000000,0x00000007a8000000,0x00000007aaa80000)
  to   space 43520K, 0% used [0x00000007a5580000,0x00000007a5580000,0x00000007a8000000)
 ParOldGen       total 699392K, used 0K [0x0000000740000000, 0x000000076ab00000, 0x0000000795580000)
  object space 699392K, 0% used [0x0000000740000000,0x0000000740000000,0x000000076ab00000)
 Metaspace       used 3104K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 339K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

OOM之后如何排查问题？

  1. 尝试扩大堆内存看结果

  2. 分析内存，看一下哪个地方出现了问题（专业工具）

内存快照分析工具：MAT（Eclipse最早继承）,Jprofiler

MAT、JProfiler作用：

  1. 分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏

  2. 获得堆中的数据

  3. 获得大的对象

如何获取JVM的dump文件？

-Xms1m -Xmx1m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
public class Test {
    //-Xms1m -Xmx1m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
    public static void main(String[] args) {
        String str = "MyString";
        while (true){
            System.out.println(str);
            str += new Random(999999999);
        }
    }
}

永久区/元空间

逻辑上存在，物理上不存在。新生区+老年区=jvm使用的堆内存

这个区域常驻内存的，用来存放jdk自身携带的Class对象、Interface元数据，存储的是Java运行的一些环境或类信息。这个区域不存在垃圾回收。关闭虚拟机就会释放这个区域的内存。

历史：

  • Jdk1.6之前：永久代，常量池在方法区重

  • JDK1.7：永久代，但是慢慢的退化了。去永久代，常量池在堆中

  • JDK1.8以后：无永久代，常量池在元空间

垃圾回收

垃圾回收主要是在伊甸园区和养老区

垃圾回收可分为两种：

  1. 轻量级垃圾回收（轻gc）

    ​ 回收新生区和偶尔幸存区

  2. 重量级垃圾回收（重gc、full gc）

    ​ 养老区满了，回收养老区

JVM如何判断对象需要回收？

  1. 引用计数法：每个对象引用次数做计数，每次被引用则计数+1，失去引用则-1。当计数为0的就清除。
  2. 可达性算法：从GC Roots开始查找引用，能够被找到的说明被引用可达，其余的则引用不可达，需要清除。

什么是GC Roots？

  1. 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
  2. 方法区中类静态属性引用的对象
  3. 方法区中常量引用的对象
  4. 本地方法栈中JNI（即一般说的native方法）中引用的对象

gc算法

标记清除法：扫描对象，对活着的对象进行标记；对没有标记的对象进行清除

​ 优点：不需要额外空间

​ 缺点：标记和清除两次扫描，严重浪费时间；会产生内存碎片

标记压缩：再对标记清除算法进行压缩整理

​ 再次扫描，向一段移动存活对对象，防止内存碎片的产生

复制算法：新生区以及from区的存活对象复制到to区，to区永远是空的

​ 优点：没有内存碎片

​ 缺点：浪费空间，to区永远是空的

​ 最佳使用场景：对象存活度较低，新生区

总结

内存效率：复制算法>标记清除>标记压缩（时间复杂度）

内存整齐度：复制算法=标记压缩>标记清除

内存利用率：标记压缩=标记清除>复制算法

没有最优的算法，只有最合适的算法。

所以GC使用分代收集算法

新生区：存活率较低，使用复制算法

老年区：存活率较高，使用标记清除+标记压缩算法