JVM-JAVA虚拟机知识导图

JVM-JAVA虚拟机知识导图，内容有类加载器、JVM组成、JVM抛出错误、JVM的GC垃圾回收机制、JAVA中的引用， 备战面试 同学们冲冲冲。

JVM

• 类加载器
  • 双亲委派模型
    • 当一个类收到类加载请求,它首先把类加载请求交给父类(如果还有父类,继续往上递交请求).如果父类无法加载该类,再交给子类加载
    • 防止内存中出现多份同样的字节码对象 (出于安全性考虑)
    • 保证核心.class不被篡改
  • 如何打破双亲委派模型
    • 1.自定义类加载器,重写loadClass方法
    • 2.使用上下文类加载器
  • 打破双亲委派模型的案例
    • Tomcat
    • JDBC
  • 类加载器
    • 应用程序类加载器 AppClassLoader
      • 使用java语言编写
      • 加载范围
        • 负责加载环境变量classpath或系统属性java.class.path指定的类库
        • 自己写的类都是由应用程序加载类加载的
    • 扩展类加载器 ExtClassLoader
      • 使用java语言编写
      • 加载范围
        • 从java.ext.dirs指定的路径下加载类库；或者从JDK安装目录的jre/lib/ext目录下加载类库
        • 如果用户自定义的jar包放在jre/lib/ext下，也会自动由扩展类加载器加载
    • 引导类加载器 BootStrapClassLoader
      • 引导类加载器使用C/C++语言实现，在JVM内部
      • 加载范围
        • 用于加载核心库
        • 只加载包名为java,javax,sun开头的类
• JVM组成
  • 线程共享,存在线程安全问题
    • 方法区(永久代)
      • 方法区是所有线程共享的区域.用于存储被Java虚拟机加载的类信息,常量,静态变量,即时编译后的数据
        • 即时编译: 为了平衡启动和执行的效率，JVM结合解释执行和编译执行的特点，进行解释执行并对热点代码进行编译优化，这样的执行过程叫即时编译
      • 当方法区无法满足内存分配需求时,抛出OutOfMemoryError异常
      • 1.8之后叫元空间,使用物理内存,不受jvm参数限制
    • 堆
      • 堆是虚拟机管理中内存最大的一块,被所有线程共享.所有对象实例以及数组都要在堆上分配内存
      • 堆是垃圾管理器管理的的主要区域,因此也被称为"GC堆"
        • GC : 这里指Java的垃圾回收机制
      • 常量池1.8在堆中
      • 分为新生代,老年代 内存大小比例为 1: 2
        • 新生代又分为Eden和Survivor （From与To，这里简称一个区）两个区。加上老年代就这三个区。数据会首先分配到Eden区当中（当然也有特殊情况，如果是大对象那么会直接放入到老年代（大对象是指需要大量连续内存空间的java对象）。当Eden没有足够空间的时候就会触发jvm发起一次Minor GC，。如果对象经过一次Minor-GC还存活，并且又能被Survivor空间接受，那么将被移动到Survivor空间当中。并将其年龄设为1，对象在Survivor每熬过一次Minor GC，年龄就加1，当年龄达到一定的程度（默认为15）时，就会被晋升到老年代中了，当然晋升老年代的年龄是可以设置的。
        • 新生代
          • 一个 Eden 区
          • 两个 survival 区 ( From Survivor、To Survivor ),无论什么时候总有一块 survival 是空闲的
          • Eden 区 与 survival 区 内存大小占比 默认 为 8 : 1 : 1 ,通常在新生代使用复制算法
          • 为什么需要两个 survival 区
            • 设置两个Survivor区最大的好处就是解决了碎片化
        • 老年代( 垃圾回收后在 survival区存活 15 (默认) 次后进入 ) , 在老年代一般使用 标记-清除算法 或者 标记整理算法
      • 为什么要这么分代 : 可以根据各个代的特点进行对象分区存储，更便于回收，采用最适当的收集算法
        • 新生代中，每次垃圾收集时都发现大批对象死去，只有少量对象存活，便采用了复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。
        • 而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须采用“标记-清理”或者“标记-整理”算法。
  • 线程私有
    • 本地方法区
      • 本地方法栈中就是C和C++的代码编译的方法
    • 程序计数器
      • 保存当前线程所正在执行的字节码指令的地址(行号)
    • 栈
      • 栈是线程私有的,每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧,方法先进后出
        • 栈帧
          • 操作数栈
            • 操作数栈可理解为java虚拟机栈中的一个用于计算的临时数据存储区。
          • 局部变量表
            • 存放局部临时数据
          • 动态链接
            • 在程序运行期间将符号引用转为直接引用
          • 出口
            • 方法执行完毕返回的位置
      • JVM会为每一个线程分配一个栈帧
• JVM抛出错误
  • OutOfMemoryError 内存溢出
    • 出现的原因
      • 堆
        • 不断创建对象,并添加到集合中,无法被回收,抛出内存溢出错误
      • 栈
        • 扩展栈的时候申请不到足够的空间,抛出内存溢出错误
    • 修改最小内存和最大内存
      • -Xms -Xmx
  • StackOverflowError 栈深度过大
    • 递归调用方法无出口
• JVM的GC垃圾回收机制
  • 什么是GC垃圾回收机制
    • 在系统运行过程中,会产生一些无用的对象,这些对象一直占着内存,如果不对这些对象进行清除,会导致内存资源耗尽. 所以就需要GC垃圾回收机制 回收 堆 和 方法区的内存
  • 判断对象是否存活
    • 引用计数法
      • 每个对象在创建的时候，就给这个对象绑定一个计数器。每当有一个引用指向该对象时，计数器加一；每当有一个指向它的引用被删除时，计数器减一。这样，当没有引用指向该对象时，计数器为0就代表该对象死亡
      • 引用计数法就是如果一个对象没有被任何引用指向，则可视之为垃圾。这种方法的缺点就是不能检测到环的存在
      • 优点
        • 引用计数算法的实现简单，判定效率也很高
      • 缺点
        • 不能解决循环依赖问题,所以一般不用
    • 可达性分析法
      • 从GC Roots开始向下搜索，搜索所走过的路径为引用链。当一个对象到GC Roots没用任何引用链时，则证明此对象是不可用的，表示可以回收。(主流虚拟机采用的算法)
      • 优点
        • 能解决引用计数法的循环依赖问题
      • 缺点
        • 和引用计数法比没有缺点
  • 三种 GC垃圾回收机制
    • Minor GC
      • 发生在新生代的垃圾回收,最频繁,速度最快
        • 当eden区满时,触发Minor GC .当为一个对象申请内存地址时,发现eben区内存不够用就发生Minor GC
    • Major GC
      • 发生在老年代的垃圾回收,通常会伴随着Minor GC ,Major GC通常伴随着 Minor GC 速度比 Minor GC慢
        • 晋升到老年代的对象大于老年代剩余的空间内存
        • 永久代空间不足
        • 手动执行System.gc
        • MinorGC后存活的对象超过了老年代剩余空间
        • 方法区空间不足
    • Full GC
      • 清理整个堆空间,包括方法区
        • 老年代被写满
        • 持久代被写满
        • System.gc()被显示调用
      • 会产生 STW ( stop the world ) 整个世界都停了 所以应该极力避免 Full GC
    • Major GC 和 Full GC 通常是等价的
  • 垃圾回收算法(GC回收算法)
    • 标记-清除算法
      • 创建对象的时候储存一个标记位,记录对象的状态(是死是活)
      • 优点:可以解决相互循环引用问题,必要时才进行回收
      • 缺点:标记和清除效率不高,回收时应用需要挂起,.且会造成内存碎片问题
      • 内存碎片 : 内存中的存储空间不连续,当需要申请连续的存储空间时无法申请到
      • 一般用于老年代回收
    • 标记整理算法
      • 创建对象的时候储存一个标记位,记录对象的状态(是死是活),但一阶段不进行对象删除,还要进行二阶段,在二阶段将存活的对象整理起来,放到另一端空间,然后再把剩下的对象全部清除
      • 优点:解决了标记-清除算法造成的内存碎片问题
      • 缺点:由于在二阶段移动了对象,所以需要去更新引用
      • 一般用于老年代
    • 复制算法
      • 将内存平均分为两份,每次只使用其中一部分,当这部分内存满的时候,将其中存活的内存复制到另一半内存空间,然后将这部分内存清空,再去使用另一半内存空间.循环下去
      • 复制算法与标记整理算法的区别在于 该算法不是在同一个区域复制，而是将所有存活的对象复制到另一个区域内
      • 优点: 在存活对象不多的情况下，性能高，能解决内存碎片和java垃圾回收算法之-标记清除 中导致的引用更新问题。
      • 缺点 : 会造成一部分的内存浪费。不过可以根据实际情况，将内存块大小比例适当调整；如果存活对象的数量比较大，复制算法的性能会变得很差
      • 一般用于新生代的Eden 区和 survival 区
    • 分代算法 ( JVM 使用 )
      • 这种算法，根据对象的存活周期的不同将内存划分成几块，新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。可以用抓重点的思路来理解这个算法。 新生代对象朝生夕死,对象数量多，只要重点扫描这个区域，那么就可以大大提高垃圾收集的效率。另外老年代对象存储久，无需经常扫描老年代，避免扫描导致的开销。
      • 新生代
        • 在新生代，每次垃圾收集器都发现有大批对象死去，只有少量存活，采用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。
      • 老年代
        • 而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须“标记清除法或者标记整理算法进行回收
  • 垃圾收集器
• JAVA中的引用
  • 强引用
    • 最普遍的引用方式,当内存不足时,JVM宁愿抛出OOM异常,也不会回收强引用的对象
  • 软引用
    • 有用但是不是必须的对象,当JVM内存不足时会回收该对象
    • 在Java中用java.lang.ref.SoftReference类来表示
    • 在实际程序设计中一般很少使用弱引用与虚引用，使用软引用的情况较多，这是因为软引用可以加速JVM对垃圾内存的回收速度，可以维护系统的运行安全，防止内存溢出（OutOfMemory）等问题的产生
      • 利用软引用和弱引用解决OOM问题：假如有一个应用需要读取大量的本地图片，如果每次读取图片都从硬盘读取，则会严重影响性能，但是如果全部加载到内存当中，又有可能造成内存溢出，此时使用软引用可以解决这个问题。
      • 设计思路是：用一个HashMap来保存图片的路径和相应图片对象关联的软引用之间的映射关系，在内存不足时，JVM会自动回收这些缓存图片对象所占用的空间，从而有效地避免了OOM的问题。
  • 弱引用
    • 非必须对象,进行GC的时候就会回收该对象
    • 在java中，用java.lang.ref.WeakReference类来表示
  • 虚引用
    • 如果一个对象与虚引用关联，则跟没有引用与之关联一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动
    • 在java中用java.lang.ref.PhantomReference类表示