进阶--jvm
目录
jvm部分
jvm的作用
jvm内部构造
垃圾回收部分
类加载系统
类加载过程
类在哪些情况下被加载
类在以下两种情况下,是不会被加载的
运行时数据区
程序计数器
本地方法栈
堆
堆空间区域划分
为什么分区(代)
对象创建存储过程:
JVM调优
方法区
方法区的垃圾回收
本地方法
什么是本地方法?
本地方法接口
java中为什么要调用本地方法?
执行引擎
java程序执行过程中涉及两次编译
将字节码转为机器码有两种方式:
为什么要使用解释执行和编译执行并存这样的设计?
垃圾回收
什么是垃圾对象?
垃圾回收发展
哪些区域会出现垃圾回收
内存溢出与内存泄漏
stop the world
垃圾回收阶段算法
1.垃圾标记阶段
2.垃圾回收阶段
垃圾回收器
什么是垃圾回收器
垃圾回收器分类:
jvm部分
jvm的作用
jvm负责把编译后的字节码转换为机器码
jvm内部构造
类加载部分: 负责把硬盘上字节码加载到内存中(运行时数据区)
运行时数据区: 负责存储运行时产生的各种数据 类信息 ,对象信息,方法信息...
执行引擎: 负责将字节码转为机器码
本地方法接口: 调用本地方法,启动线程 start0( );Object类中的 hashcode( )--对象内存地址
public native int hashcode();
private native int read0() throws IOException;
垃圾回收部分
类加载系统
类加载系统负责将硬盘上的字节码文件加载到jvm中,生成类的class对象,存储在方法区.
类就是一个模版.
类加载过程
1.加载
以二进制文件流进行读取
在内存中为类生成class对象
2.链接
验证: 验证字节码的结构是否正确
准备: 为类的静态属性进行初始化赋值
解析: 把字节码的符号引用 替换成 内存中的直接引用地址
3.初始化
初始化阶段主要是为类中静态成员进行赋值
因为类加载执行完初始化阶段,才说明了类被加载完成了
类在哪些情况下被加载
调用类中静态成员(变量,方法)
new 类的对象
在类中执行main( )
反射加载类 Class Class.forName("地址")
子类被加载
类在以下两种情况下,是不会被加载的
1.类作为数组类型
Demo demo[]=new Demo[10];//new的数组对象,Demo类型的,不是Demo对象
2.只是访问类中的静态常量
System.out.println(Demo.P);//优化 不加载整个类了,只获取到静态常来那个方法
类加载器
类加载器就是实际负责读取类的功能
类加载器分类:
站在jvm的角度上,分为
引导类加载器(不是用java写的,是c/c++),负责读取加载Java中底层系统库
java写的类加载器(用来读取我们写的应用程序)
运行时数据区
程序计数器
程序计数器用来记录每一个线程执行的指令位置
本地方法栈
本地方法栈只用来执行调用的本地方法的.
是线程私有的,不会存在垃圾回收,会出现内存溢出问题
堆
堆的作用是用来存储java语言产生的对象的.
是运行时数据区中最大的一块内存空间,空间大小可以设置,
对空间是所有线程共享的.
对空间是垃圾回收的重点区域,堆中没有被使用到的垃圾对象,会被垃圾回收器收调
堆空间区域划分
堆分为
新生区(新生代 年轻代)
伊甸园区
幸存者0区
幸存者1区
老年区(老年代)
为什么分区(代)
可以将不同生命周期的对象,存储在不同的区域,针对不同的区域采用不同的垃圾回收算法,使得垃圾回收策略更加优化.
对象创建存储过程:
新创建的对象都存储在伊甸园区,
当垃圾回收时,将还被使用的对象,转移至某一个幸存者区,将伊甸园区垃圾对象进行清除
当下次垃圾回收时,将伊甸园区存储获得对象与当前正在使用的幸存者区存活的对象 转移到另一个幸存者区(每次空闲一个幸存者区)
当一个对象经历过15次垃圾回收后,仍然存活,俺么就把该对象移动到老年代
老年代比较少的进行垃圾回收,在老年代空间不足时,对老年代会进行垃圾回收,
当回收后,内存仍然不足时,会除FULL GC (整堆收集 应尽量避免)
当整堆收集后仍然不够使用,那么就会出现内存溢出错误 ---OOM OutOfMemoryError
JVM调优
可以根据程序具体的使用场景,对运行时数据区的各种控件大小进行调整 例如堆,方法区对垃圾回收器进行选择
方法区
方法区主要用来存储加载的类信息
方法区的大小也是可以设置的
方法区也会进行垃圾回收,方法区也可能会出现内存溢出问题
方法区的垃圾回收
方法区的垃圾回收,是对类信息进行回收的
类信息如果不再被使用,类信息也可以被卸载
卸载条件:
该类所产生的对象都不存在了
该类的class对象,也不被使用了
加载该类的加载器也被回收了
本地方法
什么是本地方法?
在java中,被native关键字修饰的方法,没有方法体.不是用java语言实现的方法,是用C/C++在操作系统底层实现的方法.
(只有抽象方法(abstract/接口)没有方法体吗?不是,还有native关键字修饰的方法.)
例如:
Object 类中的hashcode( ); 获取对象内存地址 涉及到读取内存
IO中读文件(输入文件 操作硬盘) read0( );
启动线程(把线程注册到操作系统,才能进行调度) native void start0( );
本地方法接口
是虚拟机中专门用来调用本地方法的接口
java中为什么要调用本地方法?
因为java属于应用层语言,有时候需要对硬件系统资源进行调用,
此时不方便,在一个系统资源不允许应用层程序直接调用
那么就需要通过本地方法来调用操作硬件资源.
解释:网页(css/javascript/pathon)
编译:java/c
执行引擎
执行引擎是虚拟机核心部件之一,
主要作用是将加载到虚拟机中的字节码 再次转换为机器码(字节码并不是系统能够直接执行的机器码)//将字节码转换为机器码
执行引擎可以通过解释/编译两种方式 实现将字节码转换为机器码
java程序执行过程中涉及两次编译
第一次 .java(源代码 通过jdk) javac:通过这个调编译器 -->.class文件 称为前端编译
第二次 通过执行引擎 将字节码编译成机器码 称为后端编译
将字节码转为机器码有两种方式:
解释器(解释执行):对字节码逐行进行解释翻译,重复性代码,也是每次都要解释执行,效率低.
编译器(编译执行):对某段字节码进行整体编译,然后存储起来,以后使用时不再需要编译了,效率高.编译器会针对执行过程中的热点代码进行编译,并缓存起来.
为什么要使用解释执行和编译执行并存这样的设计?
程序开始运行时,解释器可以立即发挥作用,投入使用
而编译器虽然执行效果高,但是前期需要对热点代码进行跟踪和编译,需要消耗时间.
垃圾回收
堆和方法区
什么是垃圾对象?
就是一个对象,不再被任何的引用所指向.
每有任何引用指向的对象.
垃圾对象如果不清理,新的对象可能没有足够空间,可能会导致内存溢出问题.
垃圾回收发展
早期c/c++这类语言,内存管理都是手动的,使用时申请,使用完后手动释放,
有点:对内存管理更加精确,效率高
缺点:增加程序员负担,控制不好,容易出事(忘了释放,误操作内存空间)
后来发展为自动回收:
java,C#...都采用自动垃圾回收
优点:解放了程序员
缺点:会占用一些内存空间(垃圾不是出现后立即回收的),降低程序员管理内存能力.
哪些区域会出现垃圾回收
堆 对象 频繁回收年轻代 较少回收老年代
方法区 类信息卸载 整理收集时,会进行回收 FULL GC
内存溢出与内存泄漏
内存溢出:内存不够用了
内存泄漏:系统中那些用不到的,但是又不能回收的对象.
案例:单例对象
数据库连接对象,IO流,socket这些提供close( );的类.
用完之后,如果没有关闭,垃圾回收器,是不能主动回收这些对象的.
内存泄漏,虽然不能直接触发内存溢出,但是长期有对象不能被回收,也是导致内存溢出的原因之一.
stop the world
垃圾回收时,会经历两个阶段:一是标记阶段,二是回收阶段,
在标记和回收时,需要我们的用户线程暂停,不暂停标记和回收时可能会出现错标和漏标
垃圾回收阶段算法
1.垃圾标记阶段
将虚拟机中不再被任何引用指向的队象标记出来,在垃圾回收阶段,就会将标记出来对象进行回收.
垃圾标记阶段相关算法
引用计数算法(存在缺陷,没有被虚拟机所使用)
设计思想:在对象中维护一个整数计数器变量 当有引用指向对象时,计数器加一,相反就减一(引用断开)
优点:设计实现简单,容易分辨对象是否是垃圾对象
缺点:需要维护一个变量存储引用数量,频繁修改引用计数器变量,占空间,还耗时
最重要的是,无法解决循环引用问题
可达性分析算法(根搜索算法)
设计算法:从一些可以被称为GCRoots的对象开始向下查找,只要某一个对象与GCRoots对象有联系的,可以判断对象时被使用,与根对象引用链没有任何关系的对象,可以视为垃圾对象.
哪些对象可以作为GCRoots(根对象)?
1.虚拟机占中(被调用的方法)所使用的对象
2.类中的静态属性
3.虚拟机中使用的系统类对象
Object类中有一个finalize( )方法,这个方法是在对象被回收之前,由虚拟机自动调用的,
在对象被回收前,需要执行一些操作,就可以在此方法中编写,
finalize( )方法可以在子类中重写,
finalize( )方法只会被调用一次(第一次被判定为垃圾,调用finalize(),对象有可能又被引用了,对象就不能被回收,当下一次被判定为垃圾对象时,就不会再调用finalize( ))
由于finalize( )方法存在,被标记为垃圾的对象,也不是非死不可的,
可以将对象分为三种状态:
可触及:被GCRoots引用的 不是垃圾对象
可复活的:被判定为垃圾的,但是finalize()方法还没有被调用过的
不可触及的:被判定为垃圾的,finalize( )已经被调用过了
final finally{ } finalize( )
2.垃圾回收阶段
1.标记-复制算法
将内存可以分为多个较小的块,当发生垃圾回收时,将一个区域中存活的对象复制到另一个区域,在另一个区域从头开始排列,清楚当前垃圾回收的区域.
优点:清理之后,内存没有碎片
不足:回收时,需要移动对象,所以适合小内存块,而且存活对象少的情况.
2.标记-清除算法
将被标记为垃圾的对象地址进行记录,后面如果分配新对象,判断垃圾对象空间是否能够存储下新对象.
如果能存储下,用新的对象直接覆盖垃圾对象即可.
存活对象是不发生移动的.
优点:不会移动对象的
不足:回收后,内存中会出现碎片
3.标记-整理算法(压缩)
将存储对象会移动到内存区域的一端,按顺序排列(压缩),清理边界以外的空间
在标记清除地基础上进行一次内存整理,
优点:回收后没有内存碎片
标记清除和标记压缩对比:
标记-清除:不移动存活对象,
标记-压缩:会移动存活对象,
两者都适合于老年代对象回收,
先使用标记-清除,当老年代空间不足,或者不能存储一个较大的对象时,再使用标记压缩算法.
垃圾回收时,根据不同的分区采用不同的回收算法.
新生代:标记-复制
老年代:标记-清除,标记-压缩
垃圾回收器
什么是垃圾回收器
垃圾回收器,是对垃圾回收过程实践者(落地)
不同的虚拟器中,垃圾回收器种类也是很多的
垃圾回收器分类:
从线程数量上分:
单线程 垃圾回收线程只有一个
多线程 有多个垃圾回收线程
从工作模式上分:
独占式:垃圾回收线程执行时,其他用户线程需要暂停
并发式:垃圾回收线程和用户线程可以做到并发执行
从分区角度上分:
新生代
老生代
垃圾收集器性能指标:
吞吐量
用户线程暂停时间(重点)
回收时内存开销
Serial,单线程,新生代
Serial Old,单线程 老年代
Parallel Scavenge, ParNew ,多线程新生代收集器
Parallel Old,多线程老年代收集器
CMS,多线程 老年代收集器 开创了垃圾收集线程与用户线程并发执行的先例.
并发标记清除 收集器
初始标记 ----独占执行
并发标记 ----并发执行
重新标记 ----独占执行
并发清除 ----并发执行
G1
设置垃圾回收器
G1垃圾回收器,继承了CMS中,垃圾收集线程和用户线程并行执行的特点,减少了用户线程暂停的时间
同时,将新生代和老年代的各个区域,又划分成对个更小的区域,对每个区域进行跟踪,
优先回收价值高的区域(垃圾多的区域, 例如可以把伊甸园区可以分成好几个小的区域)
提升回收效率, 提高了吞吐量. 不再区域年轻代和老年代, 可以做到对整个堆进行回收.
非常适合服务器端程序,大型项目
设置垃圾回收器
打印默认垃圾回收器
-XX:+PrintCommandLineFlags -version
打印垃圾回收详细信息
-XX:+PrintGCDetails -version
设置垃圾回收器
-XX:+UseG1GC