JVM是對程序員基本功考察,通常會問你對JVM瞭解嗎? 可以分幾部分回答這個問題,首先JVM內存劃分 | JVM垃圾回收的含義 | 有哪些GC算法 以及年輕代和老年代各自特點等等
一、JVM內存劃分:
- 方法區 (線程共享) 常量 靜態變量 JIT(即時編譯器)編譯後代碼也在方法區存放
- 堆內存(線程共享) 垃圾回收的主要場地
- 程序計數器 當前線程執行的字節碼的位置指示器
- Java虛擬機棧(棧內存) :保存局部變量,基本數據類型以及堆內存中對象的引用變量
- 本地方法棧 (C棧):為JVM提供使用native方法的服務
通過這幅圖瞭解一下
JDK 1.8同JDK 1.7 ,最大的區別是:元數據取代了永久代.元空間的本質和永久代類似,都是對JVM規範中的方法區的實現.其元空間和永久代之間的最大區別在於:元數據空間不在虛擬機中,而是在本地內存中
詳細瞭解一下各個部分
(1)程序計數器(PC寄存器)
程序計數器的定義:程序計數器是一塊較小的內存空間,是當前線程正在執行的哪一條字節碼指令的地址,若當前線程正在執行的是一個本地方法,那麼此時程序計數器為Undefined
程序計數器的作用:
- 字節碼解釋器通過改變程序計數器來依次獲取指令,從而實現代碼的流程的控制
- 在在多線程情況下,程序計數器記錄的是當前線程執行的執行的位置,從而當線程切換回來時,就知道上次線程執行到哪了
程序計數器的特點
- 是一塊較小的內存空間
- 線程私有,每個線程都有自己的程序計數器
- 生命週期:隨著線程的創建而創建,隨著線程的銷燬而銷燬
- 是一個唯一不會出現的OutOfMemoryError的內存區域
(2)Java虛擬機棧
定義:描述Java方法運行過程的內存模型
Java虛擬機棧會為每一個即將運行的Java方法創建一塊叫做"棧幀"的區域,用於存放該方法運行過程中的一些信息,如 局部變量表 /操作數棧 /動態鏈接 /方法出口信息 .............
壓棧出棧過程:
當方法運行過程中需要創建局部變量時,就將局部變量的值存入棧幀的局部變量表中
Java虛擬機棧的棧頂是當前正在執行的活動棧,也就是當前正在執行的方法,PC寄存器也會指向這個地址,只有這個活動的棧幀的本地變量可以被操作數棧操作,當前這個棧幀中調用另一個方法,與之對應的額棧幀又會被創建,新創建的棧幀壓入棧頂,變成當前的活動棧幀,方法結束後,當前棧幀的返回值變成新的活動棧幀的中的操作數棧的一個操作數,如果沒有返回值,那麼新的活動棧幀中操作數棧的操作數沒有變化
由於Java虛擬機棧是線程對應的,數據不是共享的,因此不用關心數據一致性問題,也不會存在同步鎖的問題
特點
- 局部變量表隨著棧幀的創建而創建,他的大小在編譯時確定,創建時只需分配事先規定的大小即可,在方法運行的過程中,局部變化表的大小不會發生變化
- Java虛擬機棧會出現兩種異常:StackOverFlowError和OutOfMemoryError
- StackOverFlowError若Java虛擬機棧的大小不允許動態擴展,那麼當前線程請求的棧的深度超過當前的Java虛擬機棧的最大深度是,就會拋出此異常
- OutOFMemoryError,若允許動態擴展,那麼當前線程的請求的棧內存用完了,無法再動態擴展時,拋出此異常
- Java虛擬機棧也是線程私有,隨著線程創建而創建,隨著線程的結束而銷燬
(3)本地方法棧(C棧)
定義:是為了JVM運行native方法準備的空間,由於很多native方法都是用C語言實現的,所以通常又叫C棧,它與Java虛擬機棧實現的功能類似,只不過本地方法棧描述本地方法運行過程的內存模型
棧幀變化過程:
本地方法被執行時,在本地方法棧也會創建一塊棧幀,用於存放該方法的局部變量表 /操作數棧 /動態鏈接 /方法出口等信息; 方法結束後,相應的棧幀也會出棧,並釋放內存空間.也會拋出StackOverFlowError和OutOfMemoryError異常
(4) 堆
定義:堆是用來對象的內存空間,幾乎所有的對象都存儲在堆中
特點:
- 線程共享,整個Java虛擬機只有一個堆,所有線程都訪問同一個堆.
- 在虛擬機啟動時創建
- 是垃圾回收的主要場地
- 進一步可分為:新生代(Eden區 From Survior To Surviror) 老年代
不同的區域存放的不同生命週期的對象,這樣可以根據不同區域使用不同的垃圾回收算法,更具有針對性. 堆的大小也可以固定也可以擴展,對於主流的虛擬機,堆大小可擴展的,因此當線程請求分配的內存,但堆已滿,且內存已無法再擴展,就拋出OutOfMemoryError異常
(5)方法區
定義:Java虛擬機規範中定義方法區是堆的一個邏輯部分,方法區存放以下信息 已被虛擬機加載的類信息 /常量 /靜態變量 /即時編譯後代碼
特點:
- 線程共享.方法區是堆的一個邏輯部分,因此和堆一樣,都是線程共享,整個虛擬機中只有一個方法區
- 永久代 方法區中的信息一般需要長期存在,而且它又是堆的邏輯分區,因此用堆的劃分方法,把方法區稱為"永久代"
- 內存回收的效率低.方法區中的信息一般需要長期存在,回收一遍只有少量信息無效.主要回收的目標是: 對常量池的回收;對類型的卸載
- Java虛擬機規範l對方法區的要求比較寬鬆,和堆一樣,允許固定大小.也允許動態擴展,還允許不實現垃圾回收
運行時常量池:
方法區中存放:類信息 常量 靜態變量 即時編譯器變編譯後代碼.常量就存放在運行時常量池中.當類被Java虛擬機加載後,.class文件中的常量就存在方法區的運行常量池,而且在運行期間,可以向常量池中添加新的常量,如String類的intern()方法就能在運行期間向常量池中添加字符串常量
(6) 直接內存(堆外內存)
直接內存是除Java虛擬機之外的內存,但有可能被Java使用
操作直接內存:
在NIO中引入了一種基於通道和緩存的IO方式,他可以調用本地方法的直接分配Java虛擬機之外的內存,然後通過一個存儲在堆中的DirectByteBuffer對象直接操作該內存,而無需將外部內存中數據複製到堆中再進行操作,從而提高數據操作的效率,直接內存的大小不受Java虛擬機,也會拋出OutOfMemoryError異常
直接內存和堆內存比較
- 直接內存申請空間耗費更高的性能
- 直接內存讀取IO的性能優於普通的堆內存
- 直接內存的作用鏈:本地IO-->直接內存-->本地IO
- 堆內存的作用鏈:本地IO-->直接內存-->非直接內存-->直接內存--->本地IO
服務器管理員在配置虛擬機參數時,會根據實際內存設置 -Xmx等參數信息,但經常忽略直接內存,使得各個
內存區域總和大於物理內存,從而導致動態擴展時出現OutOFMemoryError
二、類似 -Xms -Xmn這些參數的含義
堆內存分配
- JVM初始分配的內存由-Xms指定,默認是物理內存的1/64
- JVM最大分配的內存由-Xmx指定,默認是物理內存的1/4
- 默認空餘堆內存小於40%時,JVM就會增加堆直到-Xmx的最大限制;空餘堆內存大於70%時,JVM會減少堆直到-Xms的最小限制
- 因此服務器一般設置-Xms -Xmx相等以避免在每次GC後調整堆大小. 對象的堆內存由成為垃圾回收器的自動內存管理系統回收
非堆內存分配:
- JVM使用-XX:PermSize 設置非堆內存的初始值,默認物理內存的1/64;
- 由XX:MaxPermSize設置設置最大非堆內存的大小
- -Xmn2G :設置年輕代的大小為2G
- -XX:SurvivorRatio ,設置年輕代中Eden區與Survivor區的比值
三、垃圾回收的算法有哪些?
- 引用計數法:原理是在此對象有個引用,即增加一個計數,刪除一個引用則減少一個計數.垃圾回收時,只收集計數為0的對象.此算法的最致命的無法處理循環引用的問題
- 標記-清除 :此算法分兩個階段,第一階段從引用的根節點開始標記所有被引用的對象,第二階段遍歷整個堆,把未標記的對象清除,此算法需要暫停應用,同時產生內存碎片
- 複製算法 此算法把內存劃分為兩個相等的區域,每次只使用一個區域,垃圾回收時,遍歷當前使用的區域,把正在使用的對象複製到另一個區域中每次算法每次只處理正在使用的對象,因此複製的成本比較小同時複製過去以後還能進行相應的內存整理,不會出現"碎片問題",此算法的缺點也很明顯,需要兩倍的內存空間
- 標記-整理:此算法結合了"標記-清除"和:複製算法的兩個的優點,也是分兩個階段,第一個階段從根節點開始標記所有被引用對象,第二階段遍歷整個堆,清除未標記的對象並且把存活的對象"壓縮"到堆的其中一塊,按順序排放,,此算法避免"標記-清除"的碎片問題,同時也避免"複製"的空間問題
四、root搜索算法中,哪些可以作為root?
- 被啟動類(bootstrap加載器)加載的類和創建的對象
- JavaStack中引用的對象(棧內存中引用的對象)
- 方法區中靜態引用
那如何學習才能快速入門並精通呢？
當真正開始學習的時候難免不知道從哪入手，導致效率低下影響繼續學習的信心。
但最重要的是不知道哪些技術需要重點掌握，學習時頻繁踩坑，最終浪費大量時間，所以有一套實用的視頻課程用來跟著學習是非常有必要的。
為了讓學習變得輕鬆、高效，今天給大家免費分享一套阿里架構師傳授的一套教學資源。幫助大家在成為架構師的道路上披荊斬棘。
這套視頻課程詳細講解了（Spring，MyBatis，Netty源碼分析，高併發、高性能、分佈式、微服務架構的原理，JVM性能優化、分佈式架構）等這些成為架構師必備的內容！
而且還把框架需要用到的各種程序進行了打包，根據基礎視頻可以讓你輕鬆搭建分佈式框架環境，像在企業生產環境一樣進行學習和實踐。
後臺私信回覆“架構” 就可以馬上免費獲得這套價值一萬八的內部教材！
最後，做一個愛思考，懂思考，會思考的程序員。
閱讀更多 Java高級架構資訊 的文章
