JVM的位置

JVM是运行在操作系统上的虚拟机,存在于JRE当中

JVM的类型

• HotSpot

  • Sun公司

  • 用的基本都是这个

• JRockit

  • BEA

• J9VM

  • IBM

JVM的体系结构

本地方法接口JNI

• JNI的作用

  • 拓展java的使用,融合不同的编程语言为java所用

    • 最初是C/C++

  • 因为最初java诞生的时候,市面上全是C/C++,java要想立足,必须有能调用C/C++的方法

    • 于是在内存中设置了本地方法栈,专门用来登记native方法

    • 然后由JNI去调用本地方法库

• 凡是带了native关键字的方法

  • 说明java的作用范围达不到了

  • 会进入本地方法栈

  • 执行引擎会调用本地方法接口JNI

  • 去调用底层c语言的库

• 常见的本地方法

  • 线程

  • 打印机

  • 管理系统

• 现在除了通过JNI,也有其他方法去调用其他语言的方法,比如说Socket

类加载器

ClassLoader

用于加载类

分类

• 虚拟机自带的加载器

  • java调用不到这个类

  • 是用C/C++写的

• 启动类(根)加载器

  • 加载java核心类库

• 扩展类加载器

  • 加载ext目录中的jar包

• 应用程序加载器

  • 加载当前classpath下的所有类

除此之外,用户也能自定义类加载器,用来加载指定路径的class类

双亲委派机制

• 类加载器收到类加载的请求

• 将这个请求向上委托给父类加载器去完成

  • 一直向上委托

  • 直到启动类加载器

• 当前加载器检查是否能够加载当前这个类

  • 能加载就结束,使用当前的加载器

  • 否则通知子加载器进行加载

• 重复步骤3

• 若没有任何类加载器可以加载

  • Class Not Found

双亲委派机制的作用:

• 沙箱隔离机制,安全,防止Java的核心API类被篡改

  • 恶意代码无法通过同名类的方法获得高级权限

• 避免重复加载

类加载的过程

• 验证

• 准备

• 解析

• 初始化

程序计数器

• 可以看作

  • 当前线程所执行的字节码的行号指示器

  • 指向下一个将要执行的指令代码的地址

    • 如果是Java方法,记录的是虚拟机字节码指令的地址

    • 如果是native方法,记录的是Undefined

  • 由执行引擎来读取下一条指令

• 更确切地说

  • 一个线程的执行

  • 是通过字节码解释器改变当前线程的计数器的值

  • 来获取下一条需要执行的字节码指令

• 在物理上是通过寄存器来使用的

• 不存在OOM

栈

• 线程运行需要的内存空间

• 虚拟机栈为java方法服务

• 本地方法栈为native方法服务

• 两者在作用上是非常相似的

• 下面主要描述虚拟机栈

栈中存储的是什么

• 栈帧(stack frame)是栈的元素

  • 每个方法在执行时都会创建一个栈帧

• 栈帧主要包含四个部分

  • 局部变量表(local variable)

  • 操作数栈(operand stack)

  • 动态连接(dynamic linking)

  • 方法出口

局部变量表

• 用于存储数据

• 存储的类型有两种

  • 基本数据类型的局部变量

    • 包括方法参数

  • 对象的引用

    • 但是不存储对象的内容

• 所需的内存空间在编译期间完成分配

  • 方法运行期间不会改变局部变量表的大小

• 变量槽(Variable Slot)

  • 局部变量表的容量的最小单位

  • 一个slot最大32位

    • 对于64位的数据类型(long和double)会分配两个连续的slot

  • java通过索引定位的方法使用局部变量表

    • 从0开始

    • 一个Slot占1位

    • 非static方法第0个槽存储方法所属对象实例的引用

  • slot复用

    • 为了节省栈帧空间,slot是可以复用的

    • 如果某个变量失效了

      • 即超出了某个变量的作用域

    • 那么这个变量的slot就会交给其他变量使用

    • 副作用(这一段存疑):

      • 会影响系统的垃圾收集行为

      • 当某个变量失效后,因为它的slot可能还会交给其他变量复用,所以它占用的slot就不会被回收

• 线程安全

  • 当局部变量表中的引用逃离了线程的范围

  • 也就是当一个引用可以被另一个线程拿到的时候

  • 就变成线程不安全的了

操作数栈

• 一个栈

• 元素可以是任意的java数据类型

• 主要作用

  • 用于算数运算

  • 用于参数传递

• 栈帧中用于计算的临时数据存储区

• 举例

  • public class OperandStack{
    
        public static int add(int a, int b){
            int c = a + b;
            return c;
        }
    
        public static void main(String[] args){
            add(100, 98);
        }
    }
    

动态连接

指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用

返回地址

• 存放调用该方法的pc寄存器的值

• 正常退出时会使用

• 异常退出时会通过异常表来确认

可能出现的异常

• StackOverflowError

  • 栈溢出错误

  • 如果一个线程在计算时所需的栈大小>配置允许最大的栈大小

  • 那么jvm将抛出该错误

• OutOfMemoryError

  • 内存不足

  • 栈进行动态扩展时如果无法申请到足够的内存

  • 会抛出该错误

设置栈参数

• -Xss

  • 设置栈大小

  • 通常几百K

jstack命令

• jstack是JVM自带的JAVA栈追踪工具

• 它用于打印出给定的java进程ID、core file、远程调试Java栈信息

• 常用命令：

  • jstack [option] pid

    • 打印某个进程的堆栈信息

  • 选项

    • -F强制输出

    • -m显示本地方法的堆栈

    • -l显示锁信息

• 使用案例

  • 查看进程死锁情况

  • 查看高cpu占用情况

    • 还需要用到top命令

堆

被所有线程共享

主要存储

• new关键字创建的对象实例

  • 数组

• 静态变量

• string池(1.8之后)

GC就是在堆上收集对象所占用的内存空间

堆的空间结构

• 新创建的对象会存储在生成区

• 年轻代内存满之后,会触发Minor CG,清理年轻代内存

• 长期存活的对象和大对象会存储在老年代

• 当老年代内存满之后,会触发Full CG,清理全部内存

  • 如果清理后仍然无法存储进新的对象

  • 会抛出OutOfMemoryError

堆内存诊断

• jps工具
  • 查看当前系统中有哪些java进程
• jmap工具
  • 查看堆内存占用情况
  • jmap -heap pid
  • jmap -dump:format=b,live,file=1.bin pid
    • 将堆内存占用情况转储
    • format=b:以二进制的形式
    • live:抓取之前调用一次垃圾回收
    • file=1.bin:将文件导出为1.bin
• jconsole工具
  • 图形界面的,多功能的监测工具
• jvisualvm
  • 可视化虚拟机
• 案例:调用垃圾回收后,占用的内存依然非常大
  • 使用jvisualvm
  • 查看对象个数
  • 使用堆转储dump

方法区

被所有线程共享

主要存储

• 类信息

  • 版本

  • 字段

  • 方法

  • 接口

• 运行时的常量池

  • 字面量

    • final修饰的常量

    • 基本数据类型的值

    • 字符串(1.8之前)

  • 符号引用

    • 类和接口的全类型

    • 方法名和描述符

    • 字段名和描述符

  • 当类被加载时，.class中的常量池会被放进运行时常量池中

永久区

JDK1.7及之前,方法区的具体实现是PermSpace永久区

MetaSpace

JDK1.8后,使用MetaSpace元空间替代PermSpace

元空间不在JVM中,而是使用本地内存

有两个参数:

• MetaSpaceSize

  • 初始化元空间大小

  • 控制发生GC的阈值

• MaxMetaSpaceSize

  • 限制元空间大小上限

  • 防止异常占用过多的物理内存

使用常量池的优点

• 避免了频繁的创建和销毁对象而影响系统性能

• 实现了对象的共享

Integer常量池

public void TestIntegerCache()
{
    public static void main(String[] args)
    {

        Integer i1 = new Integer(66);
        Integer i2 = new Integer(66);
        Integer i3 = 66;
        Integer i4 = 66;
        Integer i5 = 150;
        Integer i6 = 150;
        System.out.println(i1 == i2);//false
        System.out.println(i3 == i4);//true
        System.out.println(i5 == i6);//false
    }

}

• 为什么i1 == i2为false

  • 因为是new了两个新对象,两个新对象的地址不一样

• 为什么i3 == i4为true

  • 当Integer i3 = 66时,其实进行了一步装箱操作

  • 通过Integer.valueOf()将66装箱成Integer

  • public static Integer valueOf(int i) {
            if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
                return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
            return new Integer(i);
    }
    

  • 而IntegerCache是Integer的静态内部类

    • 它通过static{}静态代码块,将-128~127的值全部缓存在了一个Integer数组中

• 为什么i5 == i6为false

  • 因为150超出了缓存的范围

  • 重新new了一个对象

    public static void main(String[] args){
    Integer i1 = new Integer(4);
    Integer i2 = new Integer(6);
    Integer i3 = new Integer(10);
    System.out.print(i3 == i1+i2);//true
    }

• 为什么i3 == i1 + i2为true

  • 因为对象在进行+运算时是会进行拆箱的

  • 拆箱成int再进行数值比较

String常量池

在1.6之后在堆中,在1.6及之前在永久代中

目的是为了减少字符串对内存的占用,提高效率

String是由final修饰的类,不可被继承

• String str = new String("abcd");

  • 每次都会创建一个新对象

• String str = "abcd"

  • 先在栈上创建一个引用

  • 然后去String常量池找是否有"abcd"

    • 若有,直接让引用指向它

    • 没有,向常量池添加一个"abcd",再指向它

字符串+连接问题

String a = "a1";   
String b = "a" + 1;   
System.out.println((a == b)); //result = true  

String a = "atrue";   
String b = "a" + "true";   
System.out.println((a == b)); //result = true 

String a = "a3.4";   
String b = "a" + 3.4;   
System.out.println((a == b)); //result = true 

JVM在编译时就会优化成+号连接后的值

字符串引用+连接问题

public static void main(String[] args){
       String str1 = "a";
       String str2 = "ab";
       String str3 = str1 + "b";
       System.out.print(str2 == str3);//false
    }

因为是变量,在编译时无法确定结果

JVM会将+连接优化成StringBuilder的append方法

反编译后的内容

public class TestDemo
{

    public TestDemo()
    {
    }

    public static void main(String args[])
    {
        String s = "a";
        String s1 = "ab";
        String s2 = (new StringBuilder()).append(s).append("b").toString();
        System.out.print(s1 = s2);
    }
}

但要注意的是,用final修饰过的字符串引用,会被视为常量,而非变量

intern()

s.intern()

• 将字符串对象尝试放入串池中

  • 如果有,则不放入

  • 如果没有,则放入

    • 但是在1.6版本时

    • 会复制一份,然后把复制品放入串池中

• 返回串池中的对象

调优

一些参数

• -XX:+PrinStringTableStatistic

  • 打印串池的统计信息

• -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc

  • 打印GC信息

• -XX:StringTableSize=<数值>

  • 调整StringTable底层hash表的长度

调优思路

• 调整桶个数

  • 使用-XX:StringTableSize=<数值>

    • 因为StringTable底层是一个hashtable

    • 所以我们可以通过调整长度来减少发生碰撞的次数

    • 从而减少链表的长度

    • 最终提高速度

• 考虑将字符串对象是否入池

  • 使用intern()方法

  • 将字符串入池

.class文件中的内容

反编译指令javap -v <.class文件>

• 类的基本信息

  • 更改时间

  • MD5

  • 类全名

  • 版本信息

  • 父类信息

  • 接口信息

• 常量池

  • 一张表

  • 虚拟机根据这张常量表找到要执行的

    • 类型、方法名、参数类型、字面量等信息

• 类的方法定义

  • 构造方法

  • 成员方法

直接内存

• Direct Memory

  • 常见于NIO操作时,用于数据缓冲区

  • 分配回收成本较高,但读写性能高

  • 不受JVM内存回收管理

  • 会出现内存溢出OOM

• Unsafe

  • 在底层是通过Unsafe对象分配的空间

  • 于是也需要手动调用Unsafe对象的freeMemory方法释放空间

  • ByteBuffer的实现类内部,使用了Cleaner(虚引用)来检测ByteBuffer对象

  • 一旦ByteBuffer对象被垃圾回收

  • 就会由ReferenceHandler线程通过Cleaner的clean方法调用freeMemory来释放直接内存

• 禁用显示垃圾回收对直接内存的影响

  • -XX:+DisableExplicitGC禁止显示的垃圾回收

  • 无效掉System.gc()

  • 所以使用直接内存的时候,应该手动使用Unsafe对象

• 原始的IO操作

• 由于java不能直接访问系统内存

• 所以数据在被读入到系统缓冲区后,

• 要再读进java缓冲区

• 然后才能访问

• 直接内存

• 存在于系统内存中

• 但是java和系统都能够访问

热门相关：仙城纪   豪门重生盛世闲女   重生当学神，又又又考第一了！   特工重生：快穿全能女神   豪门重生盛世闲女