JVM虚拟机基础知识

时间:2021-11-27 10:26:58

1. Java的发展

Java之父:詹姆斯·高斯林

2. Java的技术体系

  1. Java 程序设计语言
  2. JVM
  3. class文件格式
  4. 编译器
  5. Java API
  6. 第三方Java类库

三个版本:

  1. Java SE(Java Standard edition)
  2. Java ME(Micro Edition)
  3. Java EE(Java Enterprise Edition)

3. JVM的安装

$ wget --no-cookies --no-check-certificate --header "Cookie: gpw_e24=http%3A%2F%2Fwww.oracle.com%2F; oraclelicense=accept-securebackup-cookie" "http://download.oracle.com/otn-pub/java/jdk/8u141-b15/336fa29ff2bb4ef291e347e091f7f4a7/jdk-8u141-linux-x64.tar.gz"
$ tar zxf jdk-8u141-linux-x64.tar.gz -C /usr/local/
$ vi /etc/profile
export JAVA_HOME=/usr/local/jdk1.8.0_141
export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/lib:$JRE_HOME/lib:$CLASSPATH
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$JRE_HOME/bin:$PATH
$ source /etc/profile                                                                                   

4. JDK、JRE、JVM的关系

JDK(Java Development Kit)
JRE(Java Runtime Environment)
JVM(Java Virtual Machine)

官方结构图:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/

5.Java8的新特性

  1. 引入lambda表式式
  2. Nashorn JavaScript引擎,使用Metaspace 代替PermGen space
  3. Date API
  4. 更好的类型判断

6.Java 虚拟机产品

  1. Sun Classic VM :第一款商用虚拟机,只能使用纯解释器的方式来执行Java代码。已被淘汰
  2. Exact VM (Exact Memory Management) : 编译器和解释器混合工作以及两级及时编译器,只在solaris平台发布
  3. HotSpot VM: Longview Technologies-->SUN-->Oracle
  4. KVM(Kilobyte): 简单、轻量、高度可移植,在手机平台运行。运行速度慢
  5. JRockit: BEA--> Oracle,专注服务端应用,优势:垃圾收集器+MissionControl服务套件
  6. J9( IBM Technology for Java Virtual Machine IT4j ): IBM公司开发,用于IBM的产品
  7. dalvik: Google公司设计,Android平台核心组成部分之一
  8. Mircosoft JVM:
  9. Azul VM: 高性能,HotSpot 基础上改进
  10. Liquid VM: 高性能,BEA公司开发,本身相当于一个操作系统
  11. TaobaoVM: 根据OpenJDK深度定制

7.JVM内存管理

1. 线程共享区

1.1. 方法区

  1. 保存类的元数据
  2. 元数据包括类型信息、常量池、域信息、方法信息
  3. 在HotSpot虚拟机中,方法区也被成为永久区
  4. 虽然叫做永久区,但是在永久区的对象也可以被GC回收

1.1.1 运行时常量池

  1. 方法区的一部分
  2. 用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用

1.2. Java堆

  1. 存放对象实例
  2. 垃圾收集器管理的主要区域
  3. 新生代、老年代
  4. OutofMemoryError:内存溢出

2. 线程独占区

2.1. Java虚拟机栈

  1. 描述的是Java方法执行的动态内存模型
  2. Java虚拟机栈主要被用来存放基本类型的变量,如:int、short、long、byte、float、double、boolea、char、对象引用
  3. *Error: 栈内存溢出,可以使用-XSS指定虚拟机栈的大小,栈的大小决定了函数调用的最大可达深度
  4. 虚拟机栈为虚拟机执行Java方法

2.2. 本地方法栈(Native Method Stacks)

  1. 本地方法栈用来执行Native方法

2.3. 程序计数器(Program Counter Register)

  1. 每一个线程都有一个独立的程序计数器,用来记录下一条需要执行的计算机指令
  2. 程序计数器是线程独有的一块内存空间。这块内存是线程私有,生命周期与线程保持一致
  3. 如果当前线程正在执行一个Java方法,则程序计数器记录正在执行的Java字节码地址,如果当前线程正在执行一个本地方法,则程序计数器为空
  4. 唯一一个在Java虚拟机中内有规定任何OutofMemoryError情况的区域

8. 对象

8.1 对象的创建

1.给对象分配内存的方式

  1. 指针碰撞
  2. 空闲列表

2. 线程的安全性问题

  1. 线程同步(需要加锁,效率低)
  2. 本地线程分配缓冲

3. 初始化对象

4. 执行构造方法

8.2对象的结构

1.自身运行时数据(Mark Word)

  • 哈希值
  • GC分代年龄
  • 锁状态标识
  • 线程持有的锁
  • 偏向线程ID
  • 偏向时间戳
    占用的空间:32位机器:32bit;64位机器:64bit
  1. 类型指针

    2.InstanceData

3.

8.3 对象的访问定位

1.使用句柄
2.直接指针

9.垃圾回收

9.1 如何判断对象为垃圾对象?

  1. 引用计数法

在对象中添加一个引用计数器,当有地方引用这个对象时计数器的值就+1,当引用失效时,计数器的值就-1
弊端:当对象循环引用时不能识别是否为垃圾对象
*基本没有JVM在使用

  1. 可达性分析法

作为GCroot的对象

  • 虚拟机栈
  • 方法区的类属性所引用的对象
  • 方法区中常量所引用的对象
  • 本地方法栈中引用的对象

JDK8使用的垃圾回收器: parallel

9.2 回收算法

  1. 标记-清除算法
    通过可达性分析法标记-->清楚
    缺点:效率较低、空间问题(出现很多不连续的内存空间)
  2. 复制算法
    把使用中的内存复制一份重新按顺序排列
    缺点:内存只能用一半,不适用于老年代
  3. 标记-整理算法
    让所有存活的对象都向一端移动,然后清理掉边界以外的内存
  4. 分代收集算法

  • 新生代
    • Eden 伊甸园
    • Survivor 存活区
    • Tenured Gen
  • 老年代

9.3 垃圾收集器

1. serial收集器

  1. 历史最悠久
  2. 使用复制算法
  3. 单线程,垃圾收集时必须暂停其他所有的工作线程,直到收集结束
  4. 虚拟机运行在Client模式下的新生代收集器
  5. 用于桌面应用

2. ParNew收集器

  1. 多线程收集
  2. 虚拟机运行在Server模式下首选的新生代收集器

3. parallel Scavenge收集器

  1. 适用复制算法(新生代内存)
  2. 多线程收集器
  3. 达到可控制的吞吐量=运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)
  4. -XX:MaxGCPauseMillis 垃圾收集器停顿时间
  5. -XX:GCTimeRatio 吞吐量大小 (0-100)

4. cms(Concurrent Mark Sweep)收集器

  1. 运作步骤
    标记清除--并发标记--重新标记--并发清除
  2. 优点
  • 并发收集
  • 低停顿
  1. 缺点
  • 占用大量的CPU资源
  • 无法处理浮动垃圾
  • 出现Concurrent Mode Failure
  • 基于标记清除算法,会产生大料的空间碎片

5. G1(Garbage-First)收集器

面向服务端应用的垃圾收集器
优势:

  1. 并行与并发, 使用多个CPU来缩短Stop-The-Word停顿时间
  2. 分代收集
  3. 空间整合:整体上看基于标记-整理算法,局部上看基于复制算法
  4. 可预测停顿

运作步骤:

  1. 初始标记
  2. 并发标记
  3. 最终标记
  4. 筛选回收 Remembered Set

10 . 内存分配

10.1 优先分配到Eden区

10.2 大对象直接进入老年代

10.3长期存活的对象进入老年代

10.4 空间分配担保

10.5 动态对象的年龄判断

11. JVM工具

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/index.html#

11.1 jps (Java Process Status)

jenkins@ubuntu-OptiPlex-7040:~$ jps
13154 Bootstrap
12191 Jps

参数:

# -l :虚拟机执行主类名称或者jar包的名称
jenkins@ubuntu-OptiPlex-7040:~$ jps  -l
13154 org.apache.catalina.startup.Bootstrap
12462 sun.tools.jps.Jps
# -m :主类接收的参数
jenkins@ubuntu-OptiPlex-7040:~$ jps  -m
13154 Bootstrap start
12552 Jps -m
# -v :JVM接收的参数
jenkins@ubuntu-OptiPlex-7040:~$ jps  -v
13154 Bootstrap -Djava.util.logging.config.file=/home/jenkins/tomcat/jenkins/conf/logging.properties -Djava.util.logging.manager=org.apache.juli.ClassLoaderLogManager -Djdk.tls.ephemeralDHKeySize=2048 -Djava.protocol.handler.pkgs=org.apache.catalina.webresources -Dorg.apache.catalina.security.SecurityListener.UMASK=0027 -Dignore.endorsed.dirs= -Dcatalina.base=/home/jenkins/tomcat/jenkins -Dcatalina.home=/home/jenkins/tomcat/jenkins -Djava.io.tmpdir=/home/jenkins/tomcat/jenkins/temp
12675 Jps -Denv.class.path=.:/home/ubuntu/software/jdk/jdk1.8.0_151/lib:/home/ubuntu/software/jdk/jdk1.8.0_151/jre/lib -Dapplication.home=/home/ubuntu/software/jdk/jdk1.8.0_151 -Xms8m

11.2 jstat

虚拟机统计信息监控:类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据

11.3 jinfo

实时查看和调整虚拟机各项参数

11.4 jmap

生产堆转储快照

$ jmap -dump:format=b,file=jenkins.bin 13154
Dumping heap to /home/jenkins/jenkins.bin ...
Heap dump file created

-XX:+HeapDumpOnOutofMemoryError : 虚拟机在OOM异常出现后自动生成dump文件

# 显示堆中对象通信信息
$ jmap -histo 13154 | less

11.5 jhat

功能:分析jamp生成的堆转储快照
一般不会在生产服务器上进行分析,非常耗CPU和内存,不常用

jenkins@ubuntu-OptiPlex-7040:~$ jhat jenkins.bin 
Reading from jenkins.bin...
Dump file created Thu Feb 14 11:43:45 CST 2019
Snapshot read, resolving...
Resolving 12022774 objects...
Chasing references, expect 2404 
dots
Eliminating duplicate references
Snapshot resolved.
Started HTTP server on port 7000
Server is ready.

浏览器访问http://ip:7000 查看分析结果

11.7 jstack

功能: 生成虚拟机当前时刻的线程快照,用来定位线程出现长时间停顿的原因,如线程见死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待等

jstack -l 13154

11.8 jconsole

  1. 内存监控
  2. 线程监控
  3. 死锁

11.9 jvisualvm

12. 性能调优

调优需要的技能:

  1. 知识
  2. 工具
  3. 数据
  4. 经验