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深入了解 JVM 虚拟机(超详细入门攻略)

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1. 内存模型以及分区

JVM 分为堆区和栈区,还有方法区,初始化的对象放在堆里面,引用放在栈里面,class 类信息常量池(static 常量和 static 变量)等放在方法区
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  • 方法区:主要是存储类信息,常量池(static 常量和 static 变量),编译后的代码(字节码)等数据
  • :初始化的对象,成员变量 (那种非 static 的变量),所有的对象实例和数组都要在堆上分配
  • :栈的结构是栈帧组成的,调用一个方法就压入一帧,帧上面存储局部变量表,操作数栈,方法出口等信息,局部变量表存放的是 8 大基础类型加上一个应用类型,所以还是一个指向地址的指针
  • 本地方法栈:主要为 Native 方法服务
  • 程序计数器:记录当前线程执行的行号

2. 堆里面的分区:Eden,survival (from+ to),老年代,各自的特点。

堆里面分为新生代老年代(java8 取消了永久代,采用了 Metaspace),新生代包含 Eden+Survivor 区,survivor 区里面分为 from 和 to 区,内存回收时,如果用的是复制算法,从 from 复制到 to,当经过一次或者多次 GC 之后,存活下来的对象会被移动到老年区,当 JVM 内存不够用的时候,会触发 Full GC,清理 JVM 老年区。当新生区满了之后会触发 YGC,先把存活的对象放到其中一个 Survice区,然后进行垃圾清理。因为如果仅仅清理需要删除的对象,这样会导致内存碎片,因此一般会把 Eden 进行完全的清理,然后整理内存。那么下次 GC 的时候,就会使用下一个 Survive,这样循环使用。如果有特别大的对象,新生代放不下,就会使用老年代的担保,直接放到老年代里面。因为 JVM 认为,一般大对象的存活时间一般比较久远。

3. GC 的两种判定方法

  • 引用计数法:指的是如果某个地方引用了这个对象就+1,如果失效了就-1,当为 0 就会回收但是 JVM 没有用这种方式,因为无法判定相互循环引用(A 引用 B,B 引用 A)的情况
  • 引用链法: 通过一种 GC ROOT 的对象(方法区中静态变量引用的对象等-static 变量)来判断,如果有一条链能够到达 GC ROOT 就说明,不能到达 GC ROOT 就说明可以回收

4. SafePoint 是什么

比如 GC 的时候必须要等到 Java 线程都进入到 safepoint 的时候 VMThread 才能开始执行 GC,

  1. 循环的末尾 (防止大循环的时候一直不进入 safepoint,而其他线程在等待它进入safepoint)
  2. 方法返回前
  3. 调用方法的 call 之后
  4. 抛出异常的位置

5. GC 的三种收集方法的优缺点

  1. 标记清除(mark sweep) - 位置不连续 产生碎片 效率偏低(两遍扫描)
  2. 拷贝算法 (copying) - 没有碎片,浪费空间
  3. 标记压缩(mark compact) - 没有碎片,效率偏低(两遍扫描,指针需要调整)

6. JVM 内存分哪几个区,每个区的作用是什么?

方法区

  1. 有时候也成为永久代,在该区内很少发生垃圾回收,但是并不代表不发生 GC,在这里进行的 GC 主要是对方法区里的常量池和对类型的卸载
  2. 方法区主要用来存储已被虚拟机加载的类的信息、常量、静态变量和即时编译器编译后的代码等数据。
  3. 该区域是被线程共享的。
  4. 方法区里有一个运行时常量池,用于存放静态编译产生的字面量和符号引用。该常量池具有动态性,也就是说常量并不一定是编译时确定,运行时生成的常量也会存在这个常量池中。

虚拟机栈:

  1. 虚拟机栈也就是我们平常所称的栈内存,它为 java 方法服务,每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧,用于存储局部变量表,操作数栈、动态链接和方法出口等信息。
  2. 虚拟机栈是线程私有的,它的生命周期与线程相同。
  3. 局部变量表里存储的是基本数据类型、returnAddress 类型(指向一条字节码指令的地址)和对象引用,这个对象引用有可能是指向对象起始地址的一个指针,也有可能是代表对象的句柄或者与对象相关联的位置。局部变量所需的内存空间在编译器间确定
  4. 操作数栈的作用主要用来存储运算结果以及运算的操作数,它不同于局部变量表通过索引来访问,而是压栈和出栈的方式
  5. 每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用,持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接.动态链接就是将常量池中的符号引用在运行期转化为直接引用。

本地方法栈
本地方法栈和虚拟机栈类似,只不过本地方法栈为 Native 方法服务。


java 堆是所有线程所共享的一块内存,在虚拟机启动时创建,几乎所有的对象实例都在这里创建,因此该区域经常发生垃圾回收操作。

程序计数器
内存空间小,字节码解释器工作时通过改变这个计数值可以选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理和线程恢复等功能都需要依赖这个计数器完成。该内存区域是唯一一个 java 虚拟机规范没有规定任何 OOM 情况的区域。

7. 简述 Java 垃圾回收机制

在 java 中,程序员是不需要显示的去释放一个对象的内存的,而是由虚拟机自行执行。在JVM 中,有一个垃圾回收线程,它是低优先级的,在正常情况下是不会执行的,只有在虚
拟机空闲或者当前堆内存不足时,才会触发执行,扫面那些没有被任何引用的对象,并将它们添加到要回收的集合中,进行回收。

8. 简述 Java 类加载机制

虚拟机把描述类的数据从 Class 文件加载到内存,并对数据进行校验,解析和初始化,最终形成可以被虚拟机直接使用的 java 类型。

9. 类加载器双亲委派模型机制

当一个类收到了类加载请求时,不会自己先去加载这个类,而是将其委派给父类,由父类去加载,如果此时父类不能加载,反馈给子类,由子类去完成类的加载。

10. 什么是类加载器,类加载器有哪些?

实现通过类的权限定名获取该类的二进制字节流的代码块叫做类加载器。

主要有一下四种类加载器:

  1. 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)用来加载 java 核心类库,无法被 java 程序直接引用。
  2. 扩展类加载器(extensions class loader):它用来加载 Java 的扩展库。Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。
  3. 系统类加载器(system class loader):它根据 Java 应用的类路径(CLASSPATH)来加载 Java 类。一般来说,Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。
  4. 用户自定义类加载器,通过继承 java.lang.ClassLoader 类的方式实现。

11. 简述 java 内存分配与回收策率以及 Minor GC 和Major GC

  1. 对象优先在堆的 Eden 区分配。
  2. 大对象直接进入老年代。
  3. 长期存活的对象将直接进入老年代。当 Eden 区没有足够的空间进行分配时,虚拟机会执行一次 Minor GC 。Minor Gc 通常发生在新生代的 Eden 区,在这个区的对象生存期短,往往发生 Gc 的频率较高,回收速度比较快;Full Gc/Major GC 发生在老年代,一般情况下,触发老年代 GC的时候不会触发 Minor GC,但是通过配置,可以在 Full GC 之前进行一次 MinorGC 这样可以加快老年代的回收速度。

转载:https://blog.csdn.net/weixin_45739229/article/details/105831580
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