JVM探究丶

JVM架构

双亲委派机制

类装载器采用的机制是双亲委派模式：当某个类加载器需要加载某个.class文件时，它首先把这个任务委托给他的上级类加载器，递归这个操作，如果上级的类加载器没有加载，自己才会去加载这个类。

BootstrapClassLoader启动类加载器:

c++编写，加载java核心库 java.*,构造ExtClassLoader和AppClassLoader。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节，开发者无法直接获取到启动类加载器的引用，所以不允许直接通过引用进行操作

ExtClassLoader标准扩展类加载器

java编写，加载扩展库，如classpath中的jre ，javax.*或者java.ext.dir 指定位置中的类，开发者可以直接使用标准扩展类加载器。

AppClassLoader系统类加载器

java编写，加载程序所在的目录，如user.dir所在的位置的class

CustomClassLoader用户自定义类加载器

java编写,用户自定义的类加载器,可加载指定路径的class文件

类加载器测试

public class Car {
    public int age;

    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
        System.out.println(car);

        Class<? extends Car> aClass = car.getClass();
        System.out.println(aClass);

        ClassLoader classLoader = aClass.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader
        System.out.println(classLoader.getParent());//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader jre8\lib\ext
        System.out.println(classLoader.getParent().getParent());//null rt.jar即root.jar
    }
}

双亲委派机制源码

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // First, check if the class has already been loaded
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                // from the non-null parent class loader
            }

            if (c == null) {
                // If still not found, then invoke findClass in order
                // to find the class.
                long t1 = System.nanoTime();
                c = findClass(name);

                // this is the defining class loader; record the stats
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

作用

1、防止重复加载同一个.class。通过委托去向上面问一问，加载过了，就不用再加载一遍。保证数据安全。
2、保证核心.class不能被篡改。通过委托方式，不会去篡改核心.clas，即使篡改也不会去加载，即使加载也不会是同一个.class对象了。不同的加载器加载同一个.class也不是同一个Class对象。这样保证了Class执行安全。

沙箱安全机制

Java安全模型的核心就是Java沙箱（sandbox），沙箱是一个限制程序运行的环境。沙箱机制就是将 Java 代码限定在虚拟机(JVM)特定的运行范围中，并且严格限制代码对本地系统资源访问，通过这样的措施来保证对代码的有效隔离，防止对本地系统造成破坏。沙箱主要限制系统资源访问：CPU、内存、文件系统、网络。

Native（JNI）

进入本地方法栈Native Method Area/Stack

public class Thread implements Runnable {
    public synchronized void start() {
        try {
            start0();
        }
    }
    private native void start0();
}

方法区

静态变量static、常量final、类信息Class（构造方法、接口定义）、运行时的常量池，都保存在方法区中，实例变量保存在堆内存中

栈

一种数据结构，先进后出。（main方法先执行，后结束）（区别于队列的先进先出FIFO）

存放的内容：基本数据类型、对象引用、实例方法

运行原理：栈帧，程序正在执行的方法一定在栈的顶部，栈溢出会报错StackOverFlowError

三种JVM版本

• Sun公司的HotSpot
• Oracle的JRockit
• IBM的j9 VM

堆

• Heap，一个JVM只有一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的
• 存放对象的实例
• 堆里边还分三个区域：新生区（伊甸园区+幸存0区+幸存1区）、养老区、永久区（jdk8以后叫元空间）
• 轻GC、重GC（full GC）
• 垃圾回收主要在 伊甸园区 和 养老区
• OOM：java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

永久区

这个区是常驻内存的，用来存放Jdk自身携带的Class对象、Interface元数据，存储的是Java运行时的一些环境或类信息，这个区域不存在垃圾回收，关闭虚拟机释放。

• jdk1.6：永久代，常量池是在方法区
• jdk1.7：永久代，但是慢慢退化了，去永久代，常量池在堆中（方法区）
• jdk1.8：无永久代，常量池在元空间（方法区），逻辑上存在

JVM调优

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        long max = Runtime.getRuntime().maxMemory();//虚拟机试图使用的最大内存 默认电脑内存的1/4
        long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();//jvm初始化总内存 默认电脑内存的1/64
        System.out.println("max:"+max+"byte,"+max/(double)1024/1024+"MB");
        System.out.println("total:"+total+"byte,"+total/(double)1024/1024+"MB");
        //OOM调试jvm调优：-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails
    }
}

项目中定位OOM的工具：Jprofiler（idea+windows）、MAT（eclipse）

• 能够看到代码第几行出错，内存快照分析
• 分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏
• 获得堆中的数据
• 获得大的对象

import java.util.ArrayList;

//-Xms设置初始化内存分配大小 1/64
//-Xmx设置最大内存分配 1/4
//-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
public class Demo03 {
    byte[] bytes = new byte[1024 * 1024];

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Demo03> list = new ArrayList<>();
        int count = 0;

        try {
            while (true) {
                list.add(new Demo03());
                count++;
            }
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("count:"+count);
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

垃圾回收

GC的作用区域：方法区和堆

主要是回收新生代

• 新生代
• 幸存区（from，to）
• 老年区

GC有两种：轻GC，重GC（全局GC）

GC算法

引用计数法

计数为0的淘汰

缺点计数器成本

复制算法

GC执行时，将非垃圾对象复制到另一块内存空间中，并且保证内存上的连续性，然后直接清空之前使用的内存空间（from复制到to，谁空谁是新的to。）

好处无内存碎片，坏处也是显而易见的，直接损失了一半的可用内存。最佳实践：存货对象少，垃圾对象多的情况下，非常高效

标记清除法

扫描标记不可达对象，清除不可达对象

缺点两次扫面浪费时间+内存碎片，优点是不需要额外的空间

标记压缩

标记清除的方式之上，整理碎片

总结

内存效率：复制算法>标记清除算法>标记压缩算法（时间复杂度）

内存整齐度：复制算法=标记清除算法>标记压缩算法

内存利用效率：标记压缩算法=标记清除算法>复制算法

没有最好的算法，只有最合适的算法：分代收集

年轻代，存货率低：复制算法

老年代，存货率高：标记清除（碎片不是太多）+标记压缩

JMM

见JUC并发编程丶