引言

什么是JVM

定義:

Java VirtualMachine -java 程序的運行環境 (ava 二進制字節碼的運行環境)

好處:

• 一次編寫，到處運行
• 自動內存管理，垃圾回收功能
• 數組下標越界檢查，
• 多態

比較:

jvm jre jdk

學習jvm的作用

• 面試
• 理解底層實現原理
• 中高級程序員的必備技能

常見的jvm

自己百度查找

jvm的組成

?內存結構

程序計數器

定義

Program Counter Register 程序計數器(寄存器)

作用

如下圖所示

右邊就是簡單的java代碼打印操作，編譯成左側的二進制字節碼。

經過解釋器——>機器碼——>CPU執行。

程序計數器在這里面的作用就是記住下一條jvm指令的執行地址。

第一條指令地址是0，第一條指令交給解釋器去執行的同時會把第二條指令的地址3放入程序計數器。第一條執行完之后，解釋器會去取出3來執行......

物理實現: 通過CPU中寄存器(速度快)實現

?特點:

線程私有

每個線程都有自己的程序計數器。

每一個線程會有被分配一個時間片，在當前時間片內不能執行完會去執行別的線程的代碼，直到輪到下一個時間片。

切換到別的線程時要記住當前執行到哪里，還是要用到程序計數器。通過私有的程序計數器知道下一行代碼的地址。

?唯一不會存在內存溢出的區

虛擬機棧

棧是一種普通的先進后出的數據結構。

java的虛擬機棧則是線程運行需要的內存空間。

一段代碼有多個方法組成，一個棧幀表示一次方法的調用，棧幀就是每個方法運行需要的內存。

運行:調用第一個方法時會給第一個方法劃分一個棧幀空間，并壓入棧內，執行完后會出棧，也會釋放該方法占用的內存。

然后方法1調用方法2時會產生一個方法2的棧幀并入棧，然后方法2調用方法3也會產生并入棧，如下圖所示。

?定義

Java Virtual Machine Stacks (Java 虛擬機棧)

• 每個線程運行時所需要的內存，稱為虛擬機棧
• 每個棧由多個棧幀 (Frame) 組成，對應著每次方法調用時所占用的內存
• 每個線程只能有一個活動棧幀，對應著當前正在執行的那個方法?

棧幀大小由方法里的參數以及局部變量的個數決定?

問題辨析

1.垃圾回收是否涉及棧內存?

? ?棧內存是一次次方法調用產生的棧幀內存，調用結束后會彈出棧，會自動回收，不需要垃圾回收? ? ?管理，垃圾回收是回收堆內存中的無用對象。

2.棧內存分配越大越好嗎?

運行java代碼時是可以指定棧內存大小的，使用-Xss size，下圖還有不同系統下默認棧內存的大小和設定內存的示例。

棧內存越大會讓線程數變少，512mb的物理內存下，每個線程的棧內存設置1mb大小可以運行512個，設置2mb大小可以運行256個線程。不會提高線程效率，但可以增加遞歸的層數。

????????

3.方法內的局部變量是否線程安全?

? ? ? ? 根據該變量是每個線程共享還是線程私有判斷。下圖是一個方法，方法內有一個局部變量。

該方法被調用兩次時會有兩個不同的棧。每個線程都會有私有的局部變量。因此這里不會有線程干擾的問題。

?假如將x改為static int x=0;的話就會出現線程干擾，如果不加保護的話會有線程安全問題。

總結：共享需要考慮線程安全，私有就不需要考慮。

• 如果方法內的局部變量沒有逃離方法的作用范圍，則是線程安全。
• 如果是局部變量引用了對象，并逃離方法的作用方法，需要考慮線程安全（引用傳遞和值傳遞的問題）

棧內存溢出

• 棧幀過多導致棧內存溢出（棧幀過多爆棧）? :? 通常在的遞歸導致。
• 單片棧幀過大導致棧內存溢出（太大了，已經塞滿了）

?一般不會有單片過大，棧幀里都是方法參數和局部變量。可以通過設置棧內存大小達到

?在將對象轉換成json對象時也會有棧溢出，這種兩個類的循環問題會導致json解釋器出現問題。

?可以通過一個@JsonIgnore注解達到在json轉換對象時忽略變量的效果。?

?

線程運行診斷

案例1: cpu 占用過多

?linux環境下運行一段java代碼導致cpu占用過高，可以使用top命令定位到哪一個進程占用，但看不見是哪一個線程導致的。

在linux下使用ps H -eo pid,tid,%cpu 命令可以看見所有線程的pid(進程號),tid(線程號)，%cpu（cpu占用）。

使用ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 32655? ?后面加上| grep pid過濾無關進程的線程。

• 用top定位哪個進程對cpu的占用過高
• ps H -eo pid,tid,%cpu | grep pid (用ps命令進一步定位是哪個線程引起的cpu占用過高)
• jstack 進程id? (可以根據線程id 找到有問題的線程，進一步定位到問題代碼的源碼行號)

生產環境不推薦jstack，因為打印線程信息jvm會暫停其他線程?

然后將線程編號32665轉換成16進制(7F99)在輸出內容中查找?

?在jstack 輸出內容中可以看見一個nid=Ox7f99的線程，狀態為RUNNABLE.

看見問題出在第8行代碼。如下圖源碼第8行是個死循環。

?nid、pid 和 tid 是計算機系統中常用的三個標識

• nid (Node ID) 是指在分布式系統中，每個節點的唯一標識
• pid (Process ID) 是指操作系統中每個進程的唯一標識。
• tid (Thread ID) 是指操作系統中每個線程的唯一標識。

案例2: 程序運行很長時間沒有結果

線程死鎖導致的無結果下使用jstack命令查看，下輸出內容最后可以看見有關死鎖信息。

?兩個線程都想獲得a，b,但是都在等對方放開擁有的對象，然后陷入死鎖。

產生死鎖的四個必要條件：互斥、不可剝奪、請求和保持、循環等待。

本地方法棧

定義:? ? java虛擬機在調用本地方法時需要給本地方法提供的內存空間

在Object這個類中就有很多，比如Object的clone方法的聲明是native，這個native的實現是c/c++，java代碼是間接調用native

?

堆

定義

通過 new 關鍵字，創建對象都會使用堆內存

特點:

• 它是線程共享的，堆中對象都需要考慮線程安全的問題
• 有垃圾回收機制 (不再被引用的對象會被回收)?

堆內存溢出

下圖所示方法中String類型的對象a會一次次變大，直至堆溢出。

?運行結果:? 溢出內存錯誤: java 堆 空間

使用-Xmx size改變堆空間大小。

?

?修改前26次才溢出，修改后17次溢出。

有可能堆內存較大，運行時間短，在系統前期看不出問題，后期才會爆掉，故測試時可以將堆內存設置較小進行排查。

堆內存診斷

相關工具:

1.jps 工具

????????查看當前系統中有哪些 java 進程

2. jmap 工具

????????查看堆內存占用情況 jmap -heap 進程id?(只能看某一瞬間的情況)

3.jconsole 工具?

????????圖形界面的，多功能的監測工具，可以連續監測

4.jvisualVM 工具

? ? ? ? 圖形化界面，可以抓取當前快照?

案例1

?new一個10MB的數組對象，后面置為null,然后gc顯式回收。

運行后通過jps查看進程id,jmap -heap 18756在1~2,2~3，3之后三個時間點抓取快照信息。?

最大堆內存占用MaxHeapSize是4個G?

?

Eden Space就是專門為new 出來的對象準備的。?

?1~2之間

數組創建之前使用了6Mb

?2~3之間

創建數組對象之后使用16mb,

?3之后

垃圾回收之后變成1.2mb

使用jconsole工具的界面。

?案例2

垃圾回收之后，內存占用任然很高。

新生代被回收了，老年代沒有被回收。

?新生代剩8mb

?老年代剩200mb

使用新的工具jvisualvm可視化虛擬機

?

保存快照之后進行查找最大的類?

?查看最大的ArrayList實例的具體信息

?源代碼

兩百個Student對象，每個都開了一個1mb大小的byte數組。并且一直在作用范圍內，無法回收，內存占用居高不下。

?通過可視化界面的堆 dump按鈕進行排查。?

方法區

定義

按照jdk_jvm_1.8中的定義

• 方法區是所有java虛擬區線程共享的區域。
• 存儲了和類的結構相關的信息。
• 有成員變量filed,method data方法數據，成員方法、構造器方法的代碼以及運行時常量值run-time constant pool等等
• 在虛擬機啟動時被創建
• 邏輯上是堆的組成部分（1.8以前用的堆內存，1.8以后用的是系統內存）
• 方法區也會導致內存溢出

組成

永久代和元空間都是方法區這個概念的實現。

永久代和元空間最本質的區別就是 前者使用的是jvm內存 后者使用的是操作系統內存。

圖中常量池是運行時常量池。

?方法區內存溢出

• 1.8 以前會導致永久代內存溢出
• 1.8 之后會導致元空間內存溢出

下圖代碼就是一個加載了10000個類的代碼，最外層繼承實現了類加載器，在循環內指定版本號，類名，包名，父類，接口等信息創建一個新類。

這里元空間和永久代都沒有設置上限，這里需要設置元空間和永久代大小。

-XX:MaxMetaspaceSize=8m? 元空間

-XX:MaxPermSize=8m? 永久代

元空間運行報異常?

?永久代報異常

?場景:

• spring
• mybatis

spring和mybatis都使用到了cglib技術。

運行時常量池

下面的這段代碼的二進制字節碼含有如下信息。?

使用如下命令查看該代碼反編譯后的結果

javap -v HelloWorld.class

常量池部分

?虛擬機指令部分

執行指令時下面第一條就是獲取靜態變量，#2在常量池里面找。

ldc是找到一個引用地址。

?定義:

• 常量池，就是一張表，虛擬機指令根據這張常量表找到要執行的類名、方法名、參數類型、字面量等信息
• 運行時常量池，常量池是*.class 文件中的，當該類被加載，它的常量池信息就會放入運行時常量池，并把里面的符號地址變為真實地址

?運行時常量池里面#1，#2...這些會變成內存地址。