JVM探究

學(xué)習(xí)方式：

1.百度

2.思維導(dǎo)圖

請你談?wù)剬?duì)JVM的理解？ ?java8虛擬機(jī)和之前的變化更新？

什么是OOM，實(shí)名是棧溢出StackOverFlowError？怎么分析？

JVM的常用調(diào)優(yōu)參數(shù)有哪些？

內(nèi)存快照如何抓取，怎么分析Dump文件？知道嗎？

談?wù)凧VM中，類加載器你的認(rèn)識(shí)？

1.JVM的位置

2.JVM的體系結(jié)構(gòu)

3.類加載器

作用：加載 Class 文件 ?new Student();

1.虛擬機(jī)自帶的加載器

2.啟動(dòng)類（根）加載器

3.擴(kuò)展類加載器

4.應(yīng)用程序加載器

4.雙親委派機(jī)制

1.類加載器收到類加載的請求

2.將這個(gè)請求委托給父類加載器去完成，一直向上委托，直到啟動(dòng)類加載器

3.啟動(dòng)加載器檢查是否能夠加載當(dāng)前這個(gè)類，能加載就結(jié)束，否則，拋出異常，通知子類加載器進(jìn)行加載

4.重復(fù)步驟3

5.沙箱安全機(jī)制

Java安全模型的核心就是Java沙箱（sandbox），什么是沙箱？沙箱是一個(gè)限制程序運(yùn)行的環(huán)境。沙箱機(jī)制就是將 Java 代碼限定在虛擬機(jī)(JVM)特定的運(yùn)行范圍中，并且嚴(yán)格限制代碼對(duì)本地系統(tǒng)資源訪問，通過這樣的措施來保證對(duì)代碼的有效隔離，防止對(duì)本地系統(tǒng)造成破壞。沙箱主要限制系統(tǒng)資源訪問，那系統(tǒng)資源包括什么？——CPU、內(nèi)存、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)。不同級(jí)別的沙箱對(duì)這些資源訪問的限制也可以不一樣。

??所有的Java程序運(yùn)行都可以指定沙箱，可以定制安全策略。

java中的安全模型：

??在Java中將執(zhí)行程序分成本地代碼和遠(yuǎn)程代碼兩種，本地代碼默認(rèn)視為可信任的，而遠(yuǎn)程代碼則被看作是不受信的。對(duì)于授信的本地代碼，可以訪問一切本地資源。而對(duì)于非授信的遠(yuǎn)程代碼在早期的Java實(shí)現(xiàn)中，安全依賴于沙箱 (Sandbox) 機(jī)制。如下圖所示 JDK1.0安全模型

但如此嚴(yán)格的安全機(jī)制也給程序的功能擴(kuò)展帶來障礙，比如當(dāng)用戶希望遠(yuǎn)程代碼訪問本地系統(tǒng)的文件時(shí)候，就無法實(shí)現(xiàn)。因此在后續(xù)的 Java1.1 版本中，針對(duì)安全機(jī)制做了改進(jìn)，增加了安全策略，允許用戶指定代碼對(duì)本地資源的訪問權(quán)限。如下圖所示 JDK1.1安全模型

??在 Java1.2 版本中，再次改進(jìn)了安全機(jī)制，增加了代碼簽名。不論本地代碼或是遠(yuǎn)程代碼，都會(huì)按照用戶的安全策略設(shè)定，由類加載器加載到虛擬機(jī)中權(quán)限不同的運(yùn)行空間，來實(shí)現(xiàn)差異化的代碼執(zhí)行權(quán)限控制。如下圖所示 JDK1.2安全模型

??當(dāng)前最新的安全機(jī)制實(shí)現(xiàn)，則引入了域 (Domain) 的概念。虛擬機(jī)會(huì)把所有代碼加載到不同的系統(tǒng)域和應(yīng)用域，系統(tǒng)域部分專門負(fù)責(zé)與關(guān)鍵資源進(jìn)行交互，而各個(gè)應(yīng)用域部分則通過系統(tǒng)域的部分代理來對(duì)各種需要的資源進(jìn)行訪問。虛擬機(jī)中不同的受保護(hù)域 (Protected Domain)，對(duì)應(yīng)不一樣的權(quán)限 (Permission)。存在于不同域中的類文件就具有了當(dāng)前域的全部權(quán)限，如下圖所示 最新的安全模型(jdk 1.6)

??以上提到的都是基本的Java 安全模型概念，在應(yīng)用開發(fā)中還有一些關(guān)于安全的復(fù)雜用法，其中最常用到的 API 就是 doPrivileged。doPrivileged 方法能夠使一段受信任代碼獲得更大的權(quán)限，甚至比調(diào)用它的應(yīng)用程序還要多，可做到臨時(shí)訪問更多的資源。有時(shí)候這是非常必要的，可以應(yīng)付一些特殊的應(yīng)用場景。例如，應(yīng)用程序可能無法直接訪問某些系統(tǒng)資源，但這樣的應(yīng)用程序必須得到這些資源才能夠完成功能。

組成沙箱的基本組件：

• 字節(jié)碼校驗(yàn)器（bytecode verifier）：確保Java類文件遵循Java語言規(guī)范。這樣可以幫助Java程序?qū)崿F(xiàn)內(nèi)存保護(hù)。但并不是所有的類文件都會(huì)經(jīng)過字節(jié)碼校驗(yàn)，比如核心類。

• 類裝載器

  （class loader）：其中類裝載器在3個(gè)方面對(duì)Java沙箱起作用

• 它防止惡意代碼去干涉善意的代碼；

• 它守護(hù)了被信任的類庫邊界；

• 它將代碼歸入保護(hù)域，確定了代碼可以進(jìn)行哪些操作。

??虛擬機(jī)為不同的類加載器載入的類提供不同的命名空間，命名空間由一系列唯一的名稱組成，每一個(gè)被裝載的類將有一個(gè)名字，這個(gè)命名空間是由Java虛擬機(jī)為每一個(gè)類裝載器維護(hù)的，它們互相之間甚至不可見。

??類裝載器采用的機(jī)制是雙親委派模式。

1. 從最內(nèi)層JVM自帶類加載器開始加載，外層惡意同名類得不到加載從而無法使用；

2. 由于嚴(yán)格通過包來區(qū)分了訪問域，外層惡意的類通過內(nèi)置代碼也無法獲得權(quán)限訪問到內(nèi)層類，破壞代碼就自然無法生效。

• 存取控制器（access controller）：存取控制器可以控制核心API對(duì)操作系統(tǒng)的存取權(quán)限，而這個(gè)控制的策略設(shè)定，可以由用戶指定。

• 安全管理器（security manager）：是核心API和操作系統(tǒng)之間的主要接口。實(shí)現(xiàn)權(quán)限控制，比存取控制器優(yōu)先級(jí)高。

• 安全軟件包

  （security package）：java.security下的類和擴(kuò)展包下的類，允許用戶為自己的應(yīng)用增加新的安全特性，包括：

• 安全提供者

• 消息摘要

• 數(shù)字簽名 ?keytools

• 加密

• 鑒別

6.Native

凡是帶了 native 關(guān)鍵字的，說明java的作用范圍打不到了，會(huì)去調(diào)用底層c語言的庫

調(diào)用本地方法接口 JNI

JNI 作用：擴(kuò)展 java 的使用，融合不同的編程語言為 java 所用

java誕生的時(shí)候 c、c++橫行，想要立足，必須要有調(diào)用c、c++ 的程序

它在內(nèi)存區(qū)域中專門開辟了一塊標(biāo)記區(qū)域：Native Method Stack ，登記 native 方法

在最終執(zhí)行的時(shí)候，加載本地方法庫中的方法通過JNI

使用場景：java程序驅(qū)動(dòng)打印機(jī)、管理系統(tǒng)，Robot（）掌握即可，在企業(yè)家應(yīng)用中較為少見

現(xiàn)在寫得少了，多用調(diào)用其他接口： ? ?Socket. . WebService~. .http~

7.PC寄存器

程序計(jì)數(shù)器: Program Counter Register

每個(gè)線程都有一個(gè)程序計(jì)數(shù)器，是線程私有的，就是一個(gè)指針， 指向方法區(qū)中的方法字節(jié)碼(用來存儲(chǔ)指向像 一條指令的地址， 也即將要執(zhí)行的指令代碼) , 在執(zhí)行引擎讀取下一條指令,是一-個(gè)非常小的內(nèi)存空間,幾乎可以 忽略不計(jì)

8.方法區(qū)

Method Area方法區(qū)

方法區(qū)是被所有線程共享,所有字段和方法字節(jié)碼，以及一些特殊方法，如構(gòu)造函數(shù)，接口代碼也在此定義, 簡單說，所有定義的方法的信息都保存在該區(qū)域，此區(qū)域?qū)儆诠蚕韰^(qū)間;

靜態(tài)變量、常量、類信息(構(gòu)造方法、接口定義)、運(yùn)行時(shí)的常量池存在方法區(qū)中，但是實(shí)例變量存在堆內(nèi)存 中，和方法區(qū)無關(guān)。

static，final，Class，常量池

9.棧

棧：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

程序：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法 ——持續(xù)學(xué)習(xí)

程序：框架+業(yè)務(wù)邏輯 ——吃飯

棧：先進(jìn)后出、后進(jìn)先出

隊(duì)列：先進(jìn)先出（ FIFO: First input First Output ）

棧：棧內(nèi)存，主管程序的運(yùn)行，生命周期和線程同步；

線程結(jié)束，棧內(nèi)存也就是釋放，對(duì)于棧來說，不存在垃圾回收問題

一旦線程結(jié)束，棧就over

棧里面都有些什么：8大基本類型+對(duì)象引用+實(shí)例的方法

棧運(yùn)行原理：棧幀

棧滿了： StackOverflowError——棧溢出異常

棧+堆+方法區(qū)：交互關(guān)系

10.三種JVM

Sun 公司 HotSpot

BEA 公司 Jrockit

IBM 公司 J9VM

我們學(xué)習(xí)的都是 HotSpot

11.堆

Heap，一個(gè)JVM只有一個(gè)內(nèi)存，堆內(nèi)存的大小是可以調(diào)節(jié)的。

類加載器讀取了類文件后，一般會(huì)把什么東西放到堆中？類，方法，常量，變量，保存所有引用類型的真實(shí)對(duì)象

堆內(nèi)存中還要分為三個(gè)區(qū)域：

新生區(qū) ?（伊甸園區(qū)）

養(yǎng)老區(qū)

永久區(qū)

GC 垃圾回收，主要是伊甸園區(qū)和養(yǎng)老區(qū)

假設(shè)內(nèi)存滿了，就會(huì)報(bào)OOM，堆內(nèi)存不夠

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space|

在JDK8以后，永久存儲(chǔ)區(qū)改了個(gè)名字（元空間）

12.新生區(qū)、老年區(qū)

新生區(qū)

類：誕生和成長的地方，甚至死亡

伊甸園，所有的對(duì)象都是在伊甸園區(qū) new 出來的

幸存者區(qū) ?(0,1)

老年區(qū)

真理；經(jīng)過研究，99%的對(duì)象都是臨時(shí)對(duì)象

13.永久區(qū)

這個(gè)區(qū)域常駐內(nèi)存的。用啦存放JDK自身攜帶的Class對(duì)象，Interface 元數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)的是java運(yùn)行時(shí)的一些環(huán)境或類信息，這個(gè)區(qū)域不存在垃圾回收。關(guān)閉VM虛擬機(jī)就會(huì)釋放這個(gè)區(qū)域的內(nèi)存

什么情況下會(huì)出現(xiàn)永久區(qū)崩潰：一個(gè)啟動(dòng)類，加載了大量的第三方j(luò)ar包。Tomcat部署了太多的應(yīng)用。大量動(dòng)態(tài)生成的反射類，不斷被加載。直到內(nèi)存滿，就會(huì)出現(xiàn)OOM。

jdk1.6 之前：永久代，常量池是在方法區(qū)

jdk1.7 : 永久代，誕生慢慢的退化了，去永久代，常量池在堆中

jdk18 ?:無永久代，常量池在元空間

14.堆內(nèi)存調(diào)優(yōu)

-Xms 默認(rèn)為 電腦內(nèi)存的1/64

-Xmx 默認(rèn) 為 電腦內(nèi)存的1/4

-Xms1m ?初始化內(nèi)存大小1m

-Xmx8m 最大分配內(nèi)存

-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 如果出現(xiàn)OutOfMemoryError異常就從堆中Dump文件出來

-XX:+printGCDetails 打印GC垃圾回收信息

15.GC —— 常用算法

JVM在進(jìn)行GC時(shí)，并不是對(duì) 這三個(gè)區(qū)域統(tǒng)一回收。大部分時(shí)候，回收都是新時(shí)代

新生代

幸存區(qū)（from，to）

老年區(qū)

GC兩種類：清GC（普通的GC），重GC（全局GC）

GC題目 ：

JVM的內(nèi)存模型和分區(qū)—詳細(xì)到每個(gè)區(qū)放什么？

堆利姆的分區(qū)有哪些？Eden，from，to，老年區(qū)，說說他們的特點(diǎn)

GC的算法有哪些？標(biāo)記清除法，標(biāo)記壓縮，復(fù)制算法，引用計(jì)數(shù)器，怎么用？

輕GC和重GC分別在什么時(shí)候發(fā)生

引用計(jì)數(shù)法

復(fù)制算法

流程：

好處：沒有內(nèi)存的碎片

壞處：浪費(fèi)了內(nèi)存空間：多了一半空間永遠(yuǎn)是空to，假設(shè)對(duì)象100%存活（極端情況）

復(fù)制算法最佳使用場景：對(duì)象存活度較低的情況下

標(biāo)記清除法

優(yōu)點(diǎn)：不需要額外的空間

缺點(diǎn)：兩次掃描，嚴(yán)重浪費(fèi)時(shí)間，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片

標(biāo)記壓縮

再優(yōu)化

標(biāo)記清除壓縮

先標(biāo)記清除幾次

再壓縮

總結(jié)

內(nèi)存效率：復(fù)制算法>標(biāo)記清除算法>標(biāo)記壓縮算法（時(shí)間復(fù)雜度）

內(nèi)存整齊度：復(fù)制算法=標(biāo)記壓縮算法>標(biāo)記清除算法

內(nèi)存 利用率：標(biāo)記壓縮算法=標(biāo)記清除算法>復(fù)制算法

思考 問題：難道沒沒有最優(yōu)算法嗎？

答案：沒有，沒有最好的算法，只有最合適的算法 ------> GC ：分代手機(jī)算法

年輕代：

存活率低

復(fù)制算法

老年代：

區(qū)域大: 存活率

標(biāo)記清除（內(nèi)存碎片不是太多）+標(biāo)記壓縮混合 ?實(shí)現(xiàn)

16.JMM

1.什么是JMM——java內(nèi)存模型

JMM：Java Memory Model的縮寫

2.它干嘛的？ ?官方，其他人的博客，對(duì)應(yīng)的視頻

作用：緩存一致性協(xié)議，用于定義數(shù)據(jù)讀寫規(guī)則（遵守，找到這個(gè)規(guī)則）

JMM定義了線程工作內(nèi)存和主內(nèi)存之間的抽象關(guān)系:線程之間的共享變量存儲(chǔ)在主內(nèi)存(Main Memory)中，每個(gè)線 程都有一個(gè)私有的本地內(nèi)存(Local Memory)

解決共享對(duì)象可見性問題：volilate

3.它該如何學(xué)習(xí)？

JMM：抽象的概念，理論

JMM對(duì)這八種指令的使用，制定了如下規(guī)則：

• 
  

• 不允許read和load、store和write操作之一單獨(dú)出現(xiàn)。即使用了read必須load，使用了store必須write

• 不允許線程丟棄他最近的assign操作，即工作變量的數(shù)據(jù)改變了之后，必須告知主存

• 不允許一個(gè)線程將沒有assign的數(shù)據(jù)從工作內(nèi)存同步回主內(nèi)存

• 一個(gè)新的變量必須在主內(nèi)存中誕生，不允許工作內(nèi)存直接使用一個(gè)未被初始化的變量。就是懟變量實(shí)施use、store操作之前，必須經(jīng)過assign和load操作

• 一個(gè)變量同一時(shí)間只有一個(gè)線程能對(duì)其進(jìn)行l(wèi)ock。多次lock后，必須執(zhí)行相同次數(shù)的unlock才能解鎖

• 如果對(duì)一個(gè)變量進(jìn)行l(wèi)ock操作，會(huì)清空所有工作內(nèi)存中此變量的值，在執(zhí)行引擎使用這個(gè)變量前，必須重新load或assign操作初始化變量的值

• 如果一個(gè)變量沒有被lock，就不能對(duì)其進(jìn)行unlock操作。也不能unlock一個(gè)被其他線程鎖住的變量

• 對(duì)一個(gè)變量進(jìn)行unlock操作之前，必須把此變量同步回主內(nèi)存

　　JMM對(duì)這八種操作規(guī)則和對(duì)volatile的一些特殊規(guī)則就能確定哪里操作是線程安全，哪些操作是線程不安全的了。但是這些規(guī)則實(shí)在復(fù)雜，很難在實(shí)踐中直接分析。所以一般我們也不會(huì)通過上述規(guī)則進(jìn)行分析。更多的時(shí)候，使用java的happen-before規(guī)則來進(jìn)行分析。

感謝狂神