JVM 虛擬機器

HuDu發表於2020-07-16
JVM虛擬機

問題

首先來看看這些問題，下面會一一解答

  • jvm理解，Java8虛擬機器和之前有什麼更新
  • 什麼是OOM，什麼是StackOverFlowError
  • JVM常用的引數調優有哪些
  • 記憶體快照如何抓取，怎麼分析Fump檔案
  • 談談jvm中，類載入器的認識

基本概念

首先大致瞭解一下虛擬機器內部的東西

  • 程式計數器
  • Java虛擬機器棧
  • 本地方法棧
  • Java堆
  • 方法區

    程式計數器(PC)

程式計數器是一塊很小的記憶體空間，用於記錄下一條要執行的指令。每個執行緒都需要一個程式計數器，各個執行緒之中的計數器相互獨立，是執行緒中私有的記憶體空間

java虛擬機器棧

java虛擬機器棧也是執行緒私有的記憶體空間，它和java執行緒同一時間建立，儲存了區域性變數、部分結果，並參與方法的呼叫和返回

本地方法棧

本地方法棧和java虛擬機器棧的功能相似，java虛擬機器棧用於管理Java函式的呼叫，而本地方法棧用於管理本地方法的呼叫，但不是由Java實現的，而是由C實現的

java堆

為所有建立的物件和陣列分配記憶體空間,被JVM中所有的執行緒共享

方法區

也被稱為永久區，與堆空間相似，被JVM中所有的執行緒共享。方法區主要儲存的資訊是類的後設資料，方法區中最為重要的是類的型別資訊、常量池、域資訊、方法資訊，其中執行時常量池就在方法區，對永久區的GC回收，一是GC對永久區常量池的回收;二是永久區對後設資料的回收

類載入器

  1. 虛擬機器自帶的載入器
  2. 啟動類(根)載入器
  3. 擴充類載入器
  4. 應用程式載入器

雙親委託機制

  • Java 虛擬機器大致結構圖

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  • 詳細圖

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Class類是模板，而物件是類的例項，同一個類别範本也可創造不同的例項。
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Native

// native :凡是帶了native關鍵字的，說明java的作用範圍達不到了，回去呼叫底層C語言的庫!
//會進入本地方法棧
//呼叫本地方法本地介面JNI
// JNI作用:打展Java的使用，融合不同的程式語言為ava所用!最初: C、C++。
// Java 誕生的時候C、C++橫行，想要立足，必須要有調C、C++的程式
//它在記憶體區域中專門開昨了一塊標記區域: Native Method stack,登記native方法
//在最終執行的時候，載入本地方法庫中的方法通過INI
// Java程式驅動印表機

方法區

Method Area 方法區

方法區是被所有執行緒共享，所有欄位和方法位元組碼，以及一些特殊方法，如建構函式，介面程式碼也在此定義，簡單說，所有定義的方法的資訊都儲存在該區域，此區域屬於共享區間：
靜態變數、常量、類資訊（建構函式、介面定義）、執行時常量池存在方法區中，但是例項變數存在堆記憶體中，和方法區無關。
static  final  class  常量池
方法執行時入棧，方法的引用在棧，方法在堆裡面。
public class Test {
    private int a;
    private String name = "haha";

    public static void main(String[] args) {
        Test test1 = new Test();
        test1.a = 1;
        test1.name = "hudu";
    }
}

對於上面的程式碼，執行過程在底層的實現過程為：

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棧：資料結構

程式：資料結構+演算法
棧：先進後出、後進先出
佇列：先進先出（FIFO：First Input First Output）

為什麼main()方法先執行，最後結束
檢視下面的程式碼

public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        new Test2().test();
    }

    public void test() {
        a();
    }
    public void a() {
        test();
    }
}

常見的棧溢位
最後會報錯：Exception in thread “main” java.lang.StackOverflowError

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由圖可知，正常的遞迴呼叫會有結束的限制，然而上面會方法之間不停呼叫，就出現了棧溢位。

棧：棧記憶體，主管程式的執行，生命週期和執行緒同步；執行緒結束，棧記憶體就釋放了，對於棧來說，不存在垃圾回收機制。
一旦執行緒結束，棧就 Over 了

棧：8大基本型別，物件的引用，例項的方法

棧執行原理：棧幀

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程式正在執行的方法一定在棧的頂部

棧+堆+方法區：互動關係
java8中，執行時常量池在方法區中，字串常量池，靜態變數在堆中，原空間方法實現。

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三種 JVM

  • Sun 公司 HotSpot
  • BEA
  • IBM

堆

Heap，一個JVM 只有一個堆記憶體，堆記憶體是可以調整大小的

類載入器讀取了類檔案後，一般會把什麼放到堆中？類，方法，常量，變數。儲存我們所有引用型別的真實物件
類方法（靜態方法）儲存在方法去裡

堆記憶體彙總還要分為三個區域：

  • 新生區
  • 老年區
  • 永久區

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GC 垃圾回收主要在新生區和老年區
假設記憶體滿了，OOM，堆記憶體不夠！java. lang .OutOfMemoryError: Java hejap space

在JDK8之後，永久儲存區改了個名字（元空間）

新生區

  • 類：誕生和成長的地方，甚至死亡，
  • 伊甸園，所有的物件都在伊甸園區new出來的
  • 倖存者區（0，1）

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老年區
經過研究，99%的物件都是臨時物件

永久區
這個區域常駐記憶體，用來存放一些，jdk自身攜帶的Class物件，Interface後設資料，儲存的是java執行時的一些環境或類資訊，這個區域不存在垃圾回收機制，關閉jvm虛擬機器就會釋放這個區域的記憶體。

一個啟動類，載入了太多的第三方jar包，Tomcat部署了太多的應用。大量動態生成的反射類，不斷被載入，知道記憶體慢，出現OOM

  • jdk1.6之前：永久代，常量池在方法區中
  • jdk1.7：永久代，但是慢慢的退化，去永久代，常量池在堆中
  • jdk1.8之後：無永久代，常量池在元空間

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元空間，邏輯上存在，物理上不存在
下面通過程式碼驗證

public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {
        //返回jvm的初始化總記憶體
        long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();
        //返回jvm虛擬機器的使用的最大記憶體
        long max = Runtime.getRuntime().maxMemory();

        System.out.println("max="+max+"位元組\t"+(max/(double)1024/1024)+"MB");
        System.out.println("total="+total+"位元組\t"+(total/(double)1024/1024)+"MB");
        //預設情況下：分配總記憶體是電腦的1/4，而初始化是1/64

        //305664K+699392K = 1，005，056k = 981.5MB
    }
}

輸出結果：

max=1029177344位元組    981.5MB
total=1029177344位元組    981.5MB
Heap
 PSYoungGen      total 305664K, used 15729K [0x00000007aab00000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 262144K, 6% used [0x00000007aab00000,0x00000007aba5c420,0x00000007bab00000)
  from space 43520K, 0% used [0x00000007bd580000,0x00000007bd580000,0x00000007c0000000)
  to   space 43520K, 0% used [0x00000007bab00000,0x00000007bab00000,0x00000007bd580000)
 ParOldGen       total 699392K, used 0K [0x0000000780000000, 0x00000007aab00000, 0x00000007aab00000)
  object space 699392K, 0% used [0x0000000780000000,0x0000000780000000,0x00000007aab00000)
 Metaspace       used 3093K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 335K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

可以看到PSYoungGen+ParOldGen就等於總記憶體大小了
實際上方法區物理上不在堆記憶體中。

-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails

出現OOM：

  1. 嘗試擴大堆記憶體檢視結果
  2. 分析記憶體，看一下哪個地方出現問題

在一個專案中，突然出現OOM，如何排除

  • 能夠看到程式碼第幾行出錯：記憶體快照工具，MAT，Jprofile
  • Debug，一行一行分析程式碼！

MAT，Jprofile

  • 分析Dump記憶體檔案，快速定位記憶體洩漏
  • 獲得堆中資料
  • 獲得大的物件
  • 。。。
//-Xms設定初始化記憶體分配大小 1/64
//-Xmx設定最大分配記憶體大小，預設1/4
//-XX:+PrintGCDetails //列印垃圾回收資訊
//-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError //OOM Dump
例如：
-Xms1m -Xmx8m -XX:HeapDumpOnOutOfMemoryError
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