猿创征文 |【高级篇】Java 进阶之JVM实战

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⚡前言

JVM 是 Java 实现 跨平台的基础，所有的Java 程序都基于JVM，那么JVM底层到底是如何实现的呢，Java目前已火了20多年了，下面我们就一起来看看 这个强大的 JVM！！！

一、面试题解析

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以下是面试高频题

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请你谈谈你对JVM的理解？Java8虚拟机和之前的变化更新？

JVM（Java Virtual Machine）：虚拟机 ，源文件.java在虚拟机中通过编译器编译成字节码文件.class，是整个java实现跨平台的最核心的部分

Java 8 虚拟机 撤销了 永久代，引入了 元空间的概念。

在HotSpot虚拟机中，jkd1.6时，设计团队把方法区设计为永久代，这样GC工作区域就可以扩展至方法区。这种策略可以避免为方法区单独设计垃圾回收机制，但是坏处就是，方法区的回收条件十分苛刻，而且回收效果也不好。

到了最新的Java1.8 ，撤销了永久代，改为了元空间。

元空间的规则：
元空间中类及其相关的元数据和类加载器生命周期一致，每个类加载器有专门的存储空间，不会单独回收某个类，位置也是固定的，但是当类加载器不再存活时会把它相关的空间全部移除。

什么是OOM？什么是栈溢出StackOverflowError？怎么分析？

OOM（OutOfMemoryError）：内存溢出，原因是发生了某种原因 导致程序使用了大量的jar 和 class，使Java虚拟机的内存空间不足，与Permanent Generation space有关。

解决方案：

1. 增加Java虚拟机中的 XX:PermSize和XX:MaxPermSize参数的大小，XX:PermSize是初始永久保存区域大小，XX:MaxPermSize是最大永久保存区域大小。
2. 清理应用程序中web-inf/lib下的 Jar 或者 Maven仓库中的Jar，防止出现大量的Jar文件导致程序崩溃

StackOverflowError： 栈溢出，当栈深度超过虚拟机分配给线程的栈大小时就会出现此Error。

注意：****递归的错误，才出现Stack满的情况，而无限循环一般不会占用更多的内存或者具体的Stack，只是占cpu而已，所以不会抛此错误。

分析：抓取内存快照，分析Dump文件。

JVM常用的调优参数有哪些？

• -Xms2g：初始化推大小为2g；
• -Xms2g：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ParNew + 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；

内存快照如何抓取，怎么分析dump文件？

开启内存快照，当出现OOM时，会自动将dump文件放到改路径下

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 # 把内存快照放到指定路径下
 -XX:HeapDumpPath=/usr/local/app/oom

最重要的是要打印出来GC日志，GC日志可以配合你用jstat工具分析GC频率和性能的时候用，jstat可以分析出来GC的频率， 但是对每次具体的GC情况，可以结合GC日志来看

谈谈JVM中类加载器你的认识？

类加载器（ClassLoader） 是Java语言的一项创新，也是Java流行的一个重要原因。在类加载的第一阶段“加载”过程中，需要通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流，完成这个动作的代码块就是类加载器。这一动作是放在Java虚拟机外部去实现的，以便让应用程序自己决定如何获取所需的类。

类加载器最重要的就是双亲委派模型，在下方会有说明。

二、JVM 理论详解

⛅JVM的位置

JVM在JRE中

❄️JVM的体系结构

⏳类加载器

1. 虚拟机自带的加载器
2. 启动类（根）加载器
3. 扩展类加载器
4. 应用程序加载器

三、JVM 双亲委派机制

/*
    双亲委派机制
    1.类加载器收到类加载的请求    Application（应用加载）
    2.将这个请求向上委托给父类加载器去完成，一直向上委托，直到根加载器
    3.根加载器检查是否能够加载当前这个类，能加载就结束，不能加载就抛出异常，通知子加载器进行加载
    4. 重复步骤3. 直至完成加载
    如果都没找到，则会抛出ClassNotFound！

    null：java调用不到的加载器，是由于底层是由C++写的，调用的C++的本地栈方法，所以是null

 */

加载顺序

packagejava.lang;publicclassString{//双亲委派机制：安全，一层一层网上找，上面有就使用上面的，没有就从根部一层层外外找，直至找到为止//1. APP（应用加载）  ---> EXC（扩展加载）  ---> BOOT(根加载，最终执行)//BOOT没有 --> EXC 再没有  ---> APP找到！@OverridepublicStringtoString(){return"Hello World!!!";}publicstaticvoidmain(String[] args){String s =newString();System.out.println(s.toString());}}

我们新建了一个java.lang.String类，当加载时会报错，为什么呢，是因为双亲委派机制，直接去调用了ROOT下的String 类

很好的双亲委派机制讲解

沙箱安全机制

很好的沙箱安全机制讲解

了解即可

四、Native 关键字

native是一个计算机函数，一个Native Method就是一个Java调用非Java代码的接口。方法的实现由非Java语言实现，比如C或C++。

我们知道，当一个类第一次被使用到时，这个类的字节码会被加载到内存，并且只会回载一次。在这个被加载的字节码的入口维持着一个该类所有方法描述符的list，这些方法描述符包含这样一些信息：方法代码存于何处，它有哪些参数，方法的描述符（public之类）等等。

如果一个方法描述符内有native，这个描述符块将有一个指向该方法的实现的指针。这些实现在一些DLL文件内，但是它们会被操作系统加载到java程序的地址空间。当一个带有本地方法的类被加载时，其相关的DLL并未被加载，因此指向方法实现的指针并不会被设置。当本地方法被调用之前，这些DLL才会被加载，这是通过调用java.system.loadLibrary()实现的。

最后需要提示的是，使用本地方法是有开销的，它丧失了java的很多好处。如果别无选择，我们可以选择使用本地方法。

Thread类就调用了本地方法启动线程

//navive：凡是带了native关键字的方法，说明java的作用范围达不到了，会去调用C语言的库//会进入本地方法栈//Java诞生的时候 C、C++横扫天下，Java想要立足，就必须要有 调用C、C++的程序//JNI作用：扩展Java程序的使用，融合不同的编程语言为Java所用，C/C++//它在内存区域开辟了一块空间为本地方法栈（Native Method Stack） 来登记需要执行的本地方法//在最终执行的时候，通过JNI加载本地方法库中的方法privatenativevoidstart0();//调用其它语言的接口，http、Socket、WebService

掌握即可，企业级应用中较为少见！

五、PC寄存器 与 方法区

PC寄存器
程序计数器：Program Counter Register

每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向像一条指令的地址，也指向即将要指向的指代代码），在执行引擎读取下一条命令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计

方法区

Methad Area 方法区

方法区就是被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法，如构造函数，接口代码也在此定义，简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区域属于共享区间

静态变量、常量、类信息（构造方法、接口定义）、运行时的常量池存在方法区中，但是实例变量存在于堆内存中，和方法区无关

六、栈与堆

栈

栈是一种数据结构

程序=数据结构+算法

栈：先进后出，桶

队列：先进先出（FIFO），First Input First Output

喝多了吐就是栈，吃多了拉就是队列

一个简单的执行流程

publicclassTest{publicstaticvoidmain(String[] args){newTest().test();}publicvoidtest(){}}

在内存图中的结构如下

publicclassTest{publicstaticvoidmain(String[] args){newTest().test();}publicvoidtest(){a()}publicvoida(){test();}}

这样会无线堆积栈，直至栈内存溢出

这种错误是非常严重的，例如递归时我们经常见这样的错误，一旦发生，很难解决，避免程序OOM

对象在内存中的创建过程

publicclassPerson{privateInteger noid;privateString name;privateInteger age;publicvoidinfo(){System.out.println("学生的姓名："+ name);System.out.println("学生的年龄："+ age);System.out.println("学生的noid："+ noid);}publicstaticvoidmain(String[] args){//实例化对象Person person =newPerson();//给属性赋值
        person.name ="小智";
        person.age =20;
        person.noid =1;//调用方法
        person.info();}}

这段代码有3个成员变量，一个成员方法，我们为其赋值

内存结构图

在java内存中，创建对象有三个区域，栈（Stack）、堆(Heap)、方法区(Method Area)

将类信息和成员方法加载至方法区，将成员属性加载至堆

main函数进入栈区，并定义一个Person类型的引用指向Person类的实例，在堆区创建Person对象的实例

接下来赋值操作，现在栈区找到对象的引用，然后根据引用去堆区赋值

随后调用info方法，先找到栈区对象的引用，然后根据指向去堆区找到实例，再去方法去调用方法

最后执行方法，方法执行完毕后，方法被弹出，也叫出栈，最后main函数被弹出

至此，创建对象在内存中的过程完毕

堆
Heap，一个JVM只有一个堆内存大小，堆内存的大小是可以调节的，

类加载器读取了类文件后，一般会将什么东西放到堆中？方法，全局变量，保存我们引用的真实对象

堆内存还要细分3个区域

• 新生区（伊甸园区） Young/New
• 养老区 old
• 永久区 Perm

GC垃圾回收主要在伊甸园区和养老区

假设内存满了，就会爆OOM错误，堆内存不够

importjava.util.Random;publicclassTest{publicstaticvoidmain(String[] args){String str ="";while(true){
            str += str +newRandom().nextInt(666666666)+newRandom().nextInt(99999999);}}}

**在JDK8之后，永久存储区改为

元空间

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七、三种JVM、新生区、老年区、永久区

以下三种JVM

• HotSpot
• BEA JRockit
• IBM J9VM

我们使用的是HotSpot

新生区

• 类：诞生和成长的地方，甚至死亡
• 伊甸园区，所有的对象都是在伊甸园区new出来的
• 幸存者区（0，1）两个来回切换 from to

老年区

老年区，经历重重GC回收还没死亡的会进入老年区，进入老年区的对象少之又少

真理：经过研究，有99%的对象都是临时对象，都在伊甸园区，用完即失。

永久区

这个区域是常驻内存的，用来存放JDK自身携带的Class对象，Interface存放元数据，存储的是Java运行时的一些环境或类信息，这个区域不被GC垃圾回收，在关闭虚拟机的时候就会释放这个区域的内存。

一个启动类，加载了大量的第三方jar包。Tomcat部署了太多的应用，大量动态的生成反射类，不断的被加载，直到内存满，就会出现OOM

• jdk1.6之前：永久代，常量池是在方法区
• jdk1.7：永久代，满满的退化了，去永久代 常量池在堆中
• jdk1.8之后：无永久代，元空间，常量池在元空间内

逻辑上存在，物理上不存在

在一个项目中，突然出现了OOM故障，那么该如何排除，研究为什么出错~

• 能够看到代码第几行出错：快照分析工具，MAT：Eclipse的工具 JProfiler
• DeBug，一行行分析

MAT、Jprofiler作用：

• 分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏
• 获得堆中的错误
• 获得大的对象~

⛵小结

以上就是【Bug 终结者】对 【高级篇】Java 进阶之JVM实战 的简单介绍，JVM 是Java 进阶必备， 在项目开发中，熟练的掌握了JVM 那就会感受到极其好的感受，JVM调优，提高程序QPS，吞吐量必备，同时 也是 Java 高级面试高频，可见，掌握并灵活运用JVM就可以说是达到了高级的水平！

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