jvm探究

常见面试题

请你谈谈你对jvm的理解？
什么是内存溢出OOM,什么是栈溢出StackOverFlowError
JVM常用调优参数有哪些
内存快照如何抓取，怎么分析Dump文件
谈谈JVM类加载器的认识

需要掌握

1、jvm的位置

操作系统之上

2、jvm的体系结构

jvm调优99%的情况下都是在调堆和方法区

3、类加载器

作用：加载class文件~

类加载器种类

虚拟机自带的加载器
启动类（根）加载器 BootstrapClassLoader
- 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
扩展类加载器 ExtClassLoader
- 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。
应用程序加载器 AppClassLoader

4、双亲委派机制

类加载器收到类加载的请求
将这个请求向上委托给父类加载加载器区完成，一直向上委托，直到启动类加载器
启动类加载器检查是否能够加载当前这个类，能加载就结束，使用当前的加载器，通知子类进行加载
重复步骤3

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.class，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。

5、沙箱安全机制

Java安全模型的核心就是Java沙箱(sandbox) ,

 什么是沙箱?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。

在Java中将执行程序分成本地代码和远程代码两种，本地代码默认视为可信任的，而远程代码则被看作是不受信的。对于授信的本地代码,可以访问一切本地资源。而对于非授信的远程代码在早期的Java实现中，安全依赖于沙箱Sandbox)机制。如下图所示JDK1.0安全模型

组成沙箱的基本组件

字节码校验器(bytecode verifier) :确保Java类文件遵循Java语言规范。这样可以帮助Java程序实现内存保护。但并不是所有的类文件都会经过字节码校验，比如核心类。
类裝载器(class loader) :其中类装载器在3个方面对Java沙箱起作用
- 它防止恶意代码去干涉善意的代码;
- 它守护了被信任的类库边界
- 它将代码归入保护域,确定了代码可以进行哪些操作
虚拟机为不同的类加载器载入的类提供不同的命名空间，命名空间由一系列唯一的名称组成，每一个被装载的类将有一个名字，这个命名空间是由Java虚拟机为每一个类装载器维护的，它们互相之间甚至不可见。

类装载器采用的机制是双亲委派模式。

1.从最内层JVM自带类加载器开始加载,外层恶意同名类得不到加载从而无法使用;
2.由于严格通过包来区分了访问域,外层恶意的类通过内置代码也无法获得权限访问到内层类，破坏代码就自然无法生效。
存取控制器(access controller) :存取控制器可以控制核心API对操作系统的存取权限，而这个控制的策略设定,可以由用户指定。
安全管理器(security manager) : 是核心API和操作系统之间的主要接口。实现权限控制，比存取控制器优先级高。
安全软件包(security package) : java.security下的类和扩展包下的类，允许用户为自己的应用增加新的安全特性，包括:
- 安全提供者
- 消息摘要
- 数字签名
- 加密
- 鉴别

6、Native

native:凡是带了native关键字的，说明java的作用范围达不到了，会去调用底层c的库
会进入本地方法栈-调用本地方法接口 JNI (java native interface)
JNI的作用：扩展Java的使用，融合不同的语言为java所用 最初 c c++
java诞生的时候c,c++横行，想要立足必须调用c c++的程序
java在内存中开辟了一块标记区域：Native Method Stack 登记native方法
在最终执行的时候，加载本地方法库中方法通过JNI
在企业级应用中少见

7、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，也即将要执行的指令代码)，在执行引擎读取下一条指令, 是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计

8、方法区

方法区是被所有线程共享,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，但是实例变量存在堆内存中，和方法区无关

9、栈

数据结构

程序 = 数据结构+算法：持续学习

程序 = 框架+业务逻辑：吃饭

栈:栈内存,主管程序的运行,生命周期和线程同步;
线程结束，栈内存也就是释放,对于栈来说,不存在垃圾回收问题

栈：8大基本类型（形参，局部变量）+对象的引用+实例的方法

栈运行原理:栈帧

对象实例化内存模型图

10、jdk1.8内存模型

jvm内存模型

java8中，==运行时常量池在元空间中，字符串常量池在堆中==

Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。

永久区和元空间都是对方法区的一种实现,因为永久区的实现容易产生OOM,所以放到了实际的本地内存用永久区实现,内存那么大,就不容易OOM了（堆内存满了）

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，收集器主要使用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；(Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等)分配缓冲区。

java虚拟机栈

元数据区（方法区）

它主要存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

常量池

JDK8常量池整理

11、三种Jvm

Sun公司 HotSpot Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.131-b11, mixed mode)
BEA JRockit
IBM J9 VM

12、堆

Heap,一个jvm只有一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的

类记载器读取了类文件后，一般会把什么东西放到堆中？类的实例，方法常量

堆内存还要细分三个区域

新生区
养老区
永久区

GC垃圾回收,主要是在伊甸园区和养老区~
假设内存满了,OOM,堆内存不够! ==java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space==
永久存储区里存放的都是Java自带的例如lang包中的类如果不存在这些，Java就跑不起来了
在JDK8以后，永久存储区改了个名字(元空间)

新生区

类：诞生和成长的地方，甚至死亡
伊甸园（Eden space），所有对象都是在伊甸园区new出来的
幸存者区（0，1）

理解：

假设伊甸园区只能存放10个对象，此时已经new了10个对象，这时已经满了，此时会触发轻GC将伊甸园存活的对象移入到幸村区

存在引用的对象会存活下来，活下来的对象会存入到幸存0区，在此过程中会幸存0区和幸存1区会不断交换位置。假设经历10次循环以后，伊甸园区，幸存0区和幸存1区都满了，此时会触发一次重GC，将能活下来的对象移入养老区

如果新生的对象无法在 Eden 区创建（Eden 区无法容纳) 就会触发一次Young GC，此时会将 S0 区与Eden 区的对象一起进行可达性分析，找出活跃的对象将它复制到 S1 区并且将S0区域和 Eden 区的对象给清空，这样那些不可达的对象进行清除，并且将S0 区和 S1区交换。

对象在伊甸园放不下将会执行一次轻GC，清理幸存区直到能放下对象，如果幸存区清理不出来，任然放不下对象，则会发生重GC，将清理幸存者区并且将幸存区存活下来的对象移到养老区，

伊甸园满了就触发轻GC，经过轻GC存活下来的就到了幸存者区（0和1相互交替）age++，当幸存者区age>=15时，则进入老年区；老年区满了触发重GC，如果触发后还放不下，就OOM。
真理：经过研究，99%的对象都是临时对象!
年轻代空间（包括 Eden 和 Survivor 区域）回收内存被称为 Minor GC，对老年代GC称为Major GC，而Full GC是对整个堆来说的

新生代 GC (Minor GC)：发生在新生代的垃圾回收动作，频繁，速度快。此时如果新生的对象无法在 Eden 区创建（Eden 区无法容纳) 就会触发一次Young GC，此时会将 S0 区与Eden 区的对象一起进行可达性分析，找出活跃的对象，将它复制到 S1 区并且将S0区域和 Eden 区的对象给清空，这样那些不可达的对象进行清除，并且将S0 区和 S1区交换。
没进行一次MinorGC，就age++，当age>=15时就会进入老年区。
Q:为啥会有两个 Survivor 区？
A: 因为假设设想一下只有一个 Survibor 区那么就无法实现对于 S0 区的垃圾收集，以及分代年龄的提升。
MajorGC和FullGC
老年代 GC (Major GC)：发生在老年代的GC ，基本上发生了一次Major GC 就会发生一次 Minor GC。并且Major GC 的速度往往会比 Minor GC 慢 10 倍。
Q：什么时候会触发？
1. 对于一个大对象，我们会首先在Eden 尝试创建，如果创建不了，就会触发Minor GC
2. 随后继续尝试在Eden区存放，发现仍然放不下
3. 尝试直接进入老年代，老年代也放不下
4. 触发 Major GC 清理老年代的空间
5. 放的下成功
6. 放不下 OOM

什么时候会调用FULL GC
1. System.gc()方法的调用
2. 老年代空间不足
3. 永生区空间不足
4. 堆中分配很大的对象

永久区

用与存放JDK自身携带的Class对象，Interface元数据，存储的是java运行时的一些环境下·或类信息，这个区域不存在垃圾回收

关闭vm虚拟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；大量动态生成的反射类，不断地被加载直到内存满就会出现OOM

1、JDK1.7之前版本运行时常量池包含字符串常量池位于方法区。
2、JDK1.7版本字符串常量池位置从方法区搬到了堆中；运行时常量池还在方法区。
3、JDK1.8hotspot永久代被元空间(Metaspace)取代, 字符串常量池位置还在堆中, 运行时常量池位置变成了元空间(Metaspace)。

4、java中常量池再理解 Java中的常量池(字符串常量池、class常量池和运行时常量池)_zhuminChosen的博客-CSDN博客_java常量池在哪](https://blog.csdn.net/zm13007310400/article/details/77534349))

5、JVM的方法区和永久带是什么关系？

方法区是规范层面的东西，规定了这一个区域要存放哪些东西
永久带或者是metaspace是对方法区的不同实现，是实现层面的东西。
永久带里面存的东西基本上就是方法区规定的那些东西。
可以说，永久带是方法区的一种实现(奥迪和汽车的关系），当然，在hotspot jdk8中metaspace元空间可以看成是方法区的一种实现

总结：

元空间：逻辑上存在，物理上不存在 (因为存储在本地磁盘内) 所以最后并不算在JVM虚拟机内存中（有的说元空间在本地内存，不在JVM内存）
默认情况下：指定最大分配内存，通常是物理内存的1/4，初始分配的总堆内存，通常是物理内存的1/64
OOM
首先HeapDumpOnOutOfMemoryError分析内存，看一下哪个地方出了问题，确定是内存泄漏还是内存溢出，内存溢出才会尝试扩大堆内存看结果(//-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails)

13、堆内存调优

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：内存快照分析工具，MAT，Jprofiler
Debug，一行行分析代码

MAT，Jprofiler作用

分析dump内存文件，快速定位内存泄漏
获得堆中数据
获得大的对象
….

Jprofiler的使用

在idea中安装Jprofiler插件

安装Jprofiler客户端

在idea中指定Jprofiler客户端程序

在idea中配置 vm options

-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

执行main方法后会产生一个dump文件

-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails

总结

-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 
-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails

-Xms 设置初始化分配内存大小
-Xmx 设置最大分配内存
-XX:+PrintGCDetails 打印GC垃圾回收信息
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 输出OOM dump文件