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Java成神之路笔记之—Java虚拟机JVM必会知识点-5

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Java成神之路笔记之-Java虚拟机JVM必会知识点

1 JVM 的主要组成部分及其作用
JVM包含两个子系统和两个组件,两个子系统为Class loader(类装载)、Execution engine(执行引擎);两个组件为Runtime data area(运行时数据区)、Native Interface(本地接口)。
  • Class loader(类装载):根据给定的全限定名类名(如:java.lang.Object)来装载class文件到Runtime data area中的method area。
  • Execution engine(执行引擎):执行classes中的指令。
  • Native Interface(本地接口):与native libraries交互,是其它编程语言交互的接口。
  • Runtime data area(运行时数据区域):这就是我们常说的JVM的内存。

过程 :首先通过编译器把 Java 代码转换成字节码(.class文件)类加载器(ClassLoader)再把字节码加载到内存中,将其放在运行时数据区(Runtime data area)的方法区内,而字节码文件只是 JVM 的一套指令集规范,并不能直接交给底层操作系统去执行,因此需要特定的命令解析器执行引擎(Execution Engine),将字节码翻译成底层系统指令,再交由 CPU 去执行,而这个过程中需要调用其他语言的本地库接口(Native Interface)来实现整个程序的功能

2 运行时数据区,规范规定的区域分为以下 5 个部分
  • 程序计数器(Program Counter Register):当前线程所执行的字节码的行号指示器,字节码解析器的工作是通过改变这个计数器的值,来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、线程恢复等基础功能,都需要依赖这个计数器来完成;
  • Java 虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks):用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息;
  • 本地方法栈(Native Method Stack):与虚拟机栈的作用是一样的,只不过虚拟机栈是服务 Java 方法的,而本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法服务的;
  • Java 堆(Java Heap):Java 虚拟机中内存最大的一块,是被所有线程共享的,几乎所有的对象实例都在这里分配内存;
  • 方法区(Methed Area):用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。

3 深拷贝和浅拷贝
浅拷贝(shallowCopy)只是增加了一个指针指向已存在的内存地址。
深拷贝(deepCopy)是增加了一个指针并且申请了一个新的内存,使这个增加的指针指向这个新的内存。

4 堆栈的区别
堆的物理地址分配对对象是不连续的,因此性能慢些。栈使用的是数据结构中的栈,先进后出的原则,物理地址分配是连续的。所以性能快。一般堆大小远远大于栈。堆存放的是对象的实例和数组。栈存放局部变量,操作数栈,返回结果。堆对于整个应用程序都是共享、可见的。栈只对于线程是可见的。所以也是线程私有。他的生命周期和线程相同。

5 队列和栈有什么区别
队列是先进先出(FIFO),而栈为后进先出(LIFO)。队列是在队尾入队,队头出队,即两边都可操作。而栈的进栈和出栈都是在栈顶进行的,无法对栈底直接进行操作。

Java 中提供的5种对象创建方式
使用new关键字
调用了构造函数
使用Class的newInstance方法
调用了构造函数
使用Constructor类的newInstance方法
调用了构造函数
使用clone方法
没有调用构造函数
使用反序列化
没有调用构造函数

6 分配内存并发安全问题处理
  • 同步处理:对分配内存空间的动作进行同步处理(采用 CAS + 失败重试来保障更新操作的原子性);
  • 本地线程分配缓冲:每个线程在 Java 堆中预先分配一小块内存,称为本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer, TLAB)。哪个线程要分配内存,就在哪个线程的 TLAB 上分配。只有 TLAB 用完并分配新的 TLAB 时,才需要同步锁。

7 Java垃圾回收机制
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,扫描那些对内存堆中已经死亡的或很长时间没有用过的对象进行清除和回收,并将它们添加到要回收的集合中,进行回收。垃圾回收机制有效的防止了内存泄露,可以有效的使用可使用的内存。可以手动执行System.gc(),通知GC运行,但是Java语言规范并不保证GC一定会执行。

8 JVM 有哪些垃圾回收算法
  • 标记-清除算法:标记无用对象,然后进行清除回收。缺点:效率不高,无法清除垃圾碎片。
  • 复制算法:按照容量划分二个大小相等的内存区域,当一块用完的时候将活着的对象复制到另一块上,然后再把已使用的内存空间一次清理掉。缺点:内存使用率不高,只有原来的一半。
  • 标记-整理算法:标记无用对象,让所有存活的对象都向一端移动,然后直接清除掉端边界以外的内存。
  • 分代算法:根据对象存活周期的不同将内存划分为几块,一般是新生代和老年代,新生代基本采用复制算法,老年代采用标记整理算法。

9 分代垃圾回收器是怎么工作的
分代回收器有两个分区:老生代和新生代,新生代默认的空间占比总空间的 1/3,老生代的默认占比是 2/3。
新生代使用的是复制算法,新生代里有 3 个分区:Eden、To Survivor、From Survivor,它们的默认占比是 8:1:1,它的执行流程如下:
  • 把 Eden + From Survivor 存活的对象放入 To Survivor 区;
  • 清空 Eden 和 From Survivor 分区;
  • From Survivor 和 To Survivor 分区交换,From Survivor 变 To Survivor,To Survivor 变 From Survivor。
每次在 From Survivor 到 To Survivor 移动时都存活的对象,年龄就 +1,当年龄到达 15(默认配置是 15)时,升级为老生代。大对象也会直接进入老生代。
老生代当空间占用到达某个值之后就会触发全局垃圾收回,一般使用标记整理的执行算法。以上这些循环往复就构成了整个分代垃圾回收的整体执行流程。

10 GC:垃圾收集器
Minor GC:新生代GC,指发生在新生代的垃圾收集动作,所有的Minor GC都会触发全世界的暂停(stop-the-world),停止应用程序的线程,不过这个过程非常短暂。
Major GC/Full GC:老年代GC,指发生在老年代的GC。出现了 Major GC 通常会伴随至少一次 Minor GC。Major GC 的速度通常会比 Minor GC 慢 10 倍以上。

11 java内存分配与回收策略
--对象优先在 Eden 区分配
多数情况,对象都在新生代 Eden 区分配。当 Eden 区分配没有足够的空间进行分配时,虚拟机将会发起一次 Minor GC。如果本次 GC 后还是没有足够的空间,则将启用分配担保机制在老年代中分配内存。
( 空间分配担保
 在发生Minor GC之前,虚拟机会检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象的总空间
 如果大于,则此次Minor GC是安全的
 如果小于,则虚拟机会查看HandlePromotionFailure设置值是否允许担保失败。如果HandlePromotionFailure=true,那么会继续检查老年代最大可用连续空间是否大于历次晋升到老年代的对象的平均大小,如果大于,则尝试进行一次Minor GC,但这次Minor GC依然是有风险的;如果小于或者HandlePromotionFailure=false,则改为进行一次Full GC。)
--大对象直接进入老年代
新生代使用的是标记-清除算法来处理垃圾回收的,如果大对象直接在新生代分配就会导致 Eden 区和两个 Survivor 区之间发生大量的内存复制。因此对于大对象都会直接在老年代进行分配。
--长期存活对象将进入老年代
虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄的计数器,这时设置对象年龄为 1。对象在 Survivor 区中每「熬过」一次 Minor GC 年龄就加 1,当年龄达到一定程度(默认 15) 就会被晋升到老年代。

12 java类加载执行过程
类装载分为以下 5 个步骤:
  • 加载:根据查找路径找到相应的 class 文件然后导入;
  • 验证:检查加载的 class 文件的正确性;
  • 准备:给类中的静态变量分配内存空间;
  • 解析:虚拟机将常量池中的符号引用替换成直接引用的过程。符号引用就理解为一个标示,而在直接引用直接指向内存中的地址;
  • 初始化:对静态变量和静态代码块执行初始化工作。

13 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。

14 什么是双亲委派模型
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。

15 常用的 JVM 调优的参数
  • -Xms2g:初始化推大小为 2g;
  • -Xmx2g:堆最大内存为 2g;
  • -XX:NewRatio=4:设置年轻的和老年代的内存比例为 1:4;
  • -XX:SurvivorRatio=8:设置新生代 Eden 和 Survivor 比例为 8:2;
  • –XX:+UseParNewGC:指定使用 + Serial Old 垃圾回收器组合;
  • -XX:+UseParallelOldGC:指定使用 ParNew + ParNew Old 垃圾回收器组合;
  • -XX:+UseConcMarkSweepGC:指定使用 CMS + Serial Old 垃圾回收器组合;
  • -XX:+PrintGC:开启打印 gc 信息;
  • -XX:+PrintGCDetails:打印 gc 详细信息。

16 JVM 调优的工具
  • jconsole:用于对 JVM 中的内存、线程和类等进行监控;
  • jvisualvm:JDK 自带的全能分析工具,可以分析:内存快照、线程快照、程序死锁、监控内存的变化、gc 变化等。

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