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学习JVM是如何从入门到放弃的？

2018-07-11  本文已影响369人  Java3y

前言

只有光头才能变强

JVM在准备面试的时候就有看了，一直没时间写笔记。现在到了一家公司实习，闲的时候就写写，刷刷JVM博客，刷刷电子书。

学习JVM的目的也很简单：

image

(图片来源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/25511795,侵删)

声明：全文默认指的是HotSpot VM

一、简单聊聊JVM

1.1先来看看简单的Java程序

现在我有一个JavaBean：


public class Java3y {

    // 姓名
    private String name;

    // 年龄
    private int age;

       //.....各种get/set方法/toString
}

一个测试类：


public class Java3yTest {

    public static void main(String[] args) {
        
        Java3y java3y = new Java3y();
        java3y.setName("Java3y");
        System.out.println(java3y);

    }
}

我们在初学的时候肯定用过javac来编译.java文件代码，用过java命令来执行编译后生成的.class文件。

image

Java源文件：

image

在使用IDE点击运行的时候其实就是将这两个命令结合起来了(编译并运行)，方便我们开发。

image

生成class文件

image

解析class文件得到结果

image

1.2编译过程

.java文件是由Java源码编译器(上述所说的javac.exe)来完成，流程图如下所示：

image

Java源码编译由以下三个过程组成：

image

1.2.1编译时期-语法糖

语法糖可以看做是编译器实现的一些“小把戏”，这些“小把戏”可能会使得效率“大提升”。

最值得说明的就是泛型了，这个语法糖可以说我们是经常会使用到的！

有了泛型这颗语法糖以后：

了解泛型更多的知识：

1.3JVM实现跨平台

至此，我们通过javac.exe编译器编译我们的.java源代码文件生成出.class文件了！

image

这些.class文件很明显是不能直接运行的，它不像C语言(编译cpp后生成exe文件直接运行)

这些.class文件是交由JVM来解析运行！

image

1.4class文件和JVM的恩怨情仇

1.4.1类的加载时机

现在我们例子中生成的两个.class文件都会直接被加载到JVM中吗？？

虚拟机规范则是严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行“初始化”(class文件加载到JVM中)：

所以说：

1.4.2如何将类加载到jvm

class文件是通过类的加载器装载到jvm中的！

Java默认有三种类加载器：

image

各个加载器的工作责任：

工作过程：

其实这就是所谓的双亲委派模型。简单来说：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把请求委托给父加载器去完成，依次向上。

好处：

特别说明：

1.4.2类加载详细过程

加载器加载到jvm中，接下来其实又分了好几个步骤：

image

1.4.3JIT即时编辑器

一般我们可能会想：JVM在加载了这些class文件以后，针对这些字节码，逐条取出，逐条执行-->解析器解析。

但如果是这样的话，那就太慢了！

我们的JVM是这样实现的：

热点代码解释：一、多次调用的方法。二、多次执行的循环体

使用热点探测来检测是否为热点代码，热点探测有两种方式：

目前HotSpot使用的是计数器的方式，它为每个方法准备了两类计数器：

image

1.4.4回到例子中

按我们程序来走，我们的Java3yTest.class文件会被AppClassLoader加载器(因为ExtClassLoader和BootStrap加载器都不会加载它[双亲委派模型])加载到JVM中。

随后发现了要使用Java3y这个类，我们的Java3y.class文件会被AppClassLoader加载器(因为ExtClassLoader和BootStrap加载器都不会加载它[双亲委派模型])加载到JVM中

image

详情参考：

扩展阅读：

1.5类加载完以后JVM干了什么？

在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。

1.5.1JVM的内存模型

首先我们来了解一下JVM的内存模型的怎么样的：

image

简单看了一下内存模型，简单看看每个区域究竟存储的是什么(干的是什么)：

1.5.2例子中的流程

image

我来宏观简述一下我们的例子中的工作流程：

从微观上其实还做了很多东西，正如上面所说的类加载过程（加载-->连接(验证，准备，解析)-->初始化)，在类加载完之后jvm为其分配内存(分配内存中也做了非常多的事)。由于这些步骤并不是一步一步往下走，会有很多的“混沌bootstrap”的过程，所以很难描述清楚。

参考资料：

1.6简单聊聊各种常量池

在写这篇文章的时候，原本以为我对String s = "aaa";类似这些题目已经是不成问题了，直到我遇到了String.intern()这样的方法与诸如String s1 = new String("1") + new String("2");混合一起用的时候

首先我是先阅读了美团技术团队的这篇文章：https://tech.meituan.com/in_depth_understanding_string_intern.html---深入解析String#intern

嗯，然后就懵逼了。我摘抄一下他的例子：


public static void main(String[] args) {
    String s = new String("1");
    s.intern();
    String s2 = "1";
    System.out.println(s == s2);

    String s3 = new String("1") + new String("1");
    s3.intern();
    String s4 = "11";
    System.out.println(s3 == s4);
}

打印结果是

调换一下位置后：


public static void main(String[] args) {

    String s = new String("1");
    String s2 = "1";
    s.intern();
    System.out.println(s == s2);

    String s3 = new String("1") + new String("1");
    String s4 = "11";
    s3.intern();
    System.out.println(s3 == s4);
}

打印结果为：

文章中有很详细的解析，但我简单阅读了几次以后还是很懵逼。所以我知道了自己的知识点还存在漏洞，后面阅读了一下R大之前写过的文章：

看完了之后，就更加懵逼了。

后来，在zhihu上看到了这个回答：

结合网上资料和自己的思考，下面整理一下对常量池的理解~~

1.6.1各个常量池的情况

针对于jdk1.7之后：

常量池存储的是：

常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放--->来源：深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践（第二版）

现在我们的运行时常量池只是换了一个位置(原本来方法区，现在在堆中),但可以明确的是：类加载后，常量池中的数据会在运行时常量池中存放！

HotSpot VM里，记录interned string的一个全局表叫做StringTable，它本质上就是个HashSet<String>。注意它只存储对java.lang.String实例的引用，而不存储String对象的内容

字符串常量池只存储引用，不存储内容！

再来看一下我们的intern方法：


 * When the intern method is invoked, if the pool already contains a
 * string equal to this {@code String} object as determined by
 * the {@link #equals(Object)} method, then the string from the pool is
 * returned. Otherwise, this {@code String} object is added to the
 * pool and a reference to this {@code String} object is returned.

1.6.2解析题目

本来打算写注释的方式来解释的，但好像挺难说清楚的。我还是画图吧...


public static void main(String[] args) {

 
    String s = new String("1");

    s.intern();


    String s2 = "1";

    System.out.println(s == s2);// false
    System.out.println("-----------关注公众号：Java3y-------------");
}

第一句：String s = new String("1");

image

第二句：s.intern();发现字符串常量池中已经存在"1"字符串对象，直接返回字符串常量池中对堆的引用(但没有接收)-->此时s引用还是指向着堆中的对象

image

第三句：String s2 = "1";发现字符串常量池已经保存了该对象的引用了，直接返回字符串常量池对堆中字符串的引用

image

很容易看到，两条引用是不一样的！所以返回false。


    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("-----------关注公众号：Java3y-------------");

        String s3 = new String("1") + new String("1");


        s3.intern();


        String s4 = "11";
        System.out.println(s3 == s4); // true
    }

第一句：String s3 = new String("1") + new String("1");注意：此时"11"对象并没有在字符串常量池中保存引用。

image

第二句：s3.intern();发现"11"对象并没有在字符串常量池中，于是将"11"对象在字符串常量池中保存当前字符串的引用，并返回当前字符串的引用(但没有接收)

image

第三句：String s4 = "11";发现字符串常量池已经存在引用了，直接返回(拿到的也是与s3相同指向的引用)

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根据上述所说的：最后会返回true~~~

如果还是不太清楚的同学，可以试着接收一下intern()方法的返回值，再看看上述的图，应该就可以理解了。

下面的就由各位来做做，看是不是掌握了：


    public static void main(String[] args) {

        String s = new String("1");
        String s2 = "1";
        s.intern();
        System.out.println(s == s2);//false

        String s3 = new String("1") + new String("1");
        String s4 = "11";
        s3.intern();
        System.out.println(s3 == s4);//false
    }

还有：


    public static void main(String[] args) {
        String s1 = new String("he") + new String("llo");
        String s2 = new String("h") + new String("ello");
        String s3 = s1.intern();
        String s4 = s2.intern();
        System.out.println(s1 == s3);// true
        System.out.println(s1 == s4);// true
    }

1.7GC垃圾回收

可以说GC垃圾回收是JVM中一个非常重要的知识点，应该非常详细去讲解的。但在我学习的途中，我已经发现了有很好的文章去讲解垃圾回收的了。

所以，这里我只简单介绍一下垃圾回收的东西，详细的可以到下面的面试题中查阅和最后给出相关的资料阅
读吧~

1.7.1JVM垃圾回收简单介绍

在C++中，我们知道创建出的对象是需要手动去delete掉的。我们Java程序运行在JVM中，JVM可以帮我们“自动”回收不需要的对象，对我们来说是十分方便的。

虽然说“自动”回收了我们不需要的对象，但如果我们想变强，就要变秃..不对，就要去了解一下它究竟是怎么干的，理论的知识有哪些。

首先，JVM回收的是垃圾，垃圾就是我们程序中已经是不需要的了。垃圾收集器在对堆进行回收前，第一件事情就是要确定这些对象之中哪些还“存活”着，哪些已经“死去”。判断哪些对象“死去”常用有两种方式：

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现在已经可以判断哪些对象已经“死去”了，我们现在要对这些“死去”的对象进行回收，回收也有好几种算法：

(这些算法详情可看下面的面试题内容)~

无论是可达性分析算法，还是垃圾回收算法，JVM使用的都是准确式GC。JVM是使用一组称为OopMap的数据结构，来存储所有的对象引用(这样就不用遍历整个内存去查找了，空间换时间)。
并且不会将所有的指令都生成OopMap，只会在安全点上生成OopMap，在安全区域上开始GC。

上面所讲的垃圾收集算法只能算是方法论，落地实现的是垃圾收集器：

上面这些收集器大部分是可以互相组合使用的

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1.8JVM参数与调优

很多做过JavaWeb项目(ssh/ssm)这样的同学可能都会遇到过OutOfMemory这样的错误。一般解决起来也很方便，在启动的时候加个参数就行了。

上面也说了很多关于JVM的东西--->JVM对内存的划分啊，JVM各种的垃圾收集器啊。

内存的分配的大小啊，使用哪个收集器啊，这些都可以由我们根据需求，现实情况来指定的，这里就不详细说了，等真正用到的时候才回来填坑吧~~~~

参考资料：

二、JVM面试题

拿些常见的JVM面试题来做做，加深一下理解和查缺补漏：

题目来源：

2.1详细jvm内存模型

根据 JVM 规范，JVM 内存共分为虚拟机栈、堆、方法区、程序计数器、本地方法栈五个部分。

image

具体可能会聊聊jdk1.7以前的PermGen（永久代），替换成Metaspace（元空间）

image

图片来源：https://blog.csdn.net/tophawk/article/details/78704074

参考资料：

2.2讲讲什么情况下回出现内存溢出，内存泄漏？

内存泄漏的原因很简单：

常见的内存泄漏例子：


 public static void main(String[] args) {

        Set set = new HashSet();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Object object = new Object();
            set.add(object);

            // 设置为空，这对象我不再用了
            object = null;
        }

        // 但是set集合中还维护这obj的引用，gc不会回收object对象
        System.out.println(set);
    }

解决这个内存泄漏问题也很简单，将set设置为null，那就可以避免上诉内存泄漏问题了。其他内存泄漏得一步一步分析了。

内存泄漏参考资料：

内存溢出的原因：

解决：

参考资料：

2.3说说线程栈

这里的线程栈应该指的是虚拟机栈吧...

JVM规范让每个Java线程拥有自己的独立的JVM栈，也就是Java方法的调用栈。

当方法调用的时候，会生成一个栈帧。栈帧是保存在虚拟机栈中的，栈帧存储了方法的局部变量表、操作数栈、动态连接和方法返回地址等信息

线程运行过程中，只有一个栈帧是处于活跃状态，称为“当前活跃栈帧”，当前活动栈帧始终是虚拟机栈的栈顶元素。

通过jstack工具查看线程状态

参考资料：

2.4JVM 年轻代到年老代的晋升过程的判断条件是什么呢？

  1. 部分对象会在From和To区域中复制来复制去,如此交换15次(由JVM参数MaxTenuringThreshold决定,这个参数默认是15),最终如果还是存活,就存入到老年代。
  2. 如果对象的大小大于Eden的二分之一会直接分配在old，如果old也分配不下，会做一次majorGC，如果小于eden的一半但是没有足够的空间，就进行minorgc也就是新生代GC。
  3. minor gc后，survivor仍然放不下，则放到老年代
  4. 动态年龄判断 ，大于等于某个年龄的对象超过了survivor空间一半 ，大于等于某个年龄的对象直接进入老年代

2.5JVM 出现 fullGC 很频繁，怎么去线上排查问题

这题就依据full GC的触发条件来做：

image

2.6类加载为什么要使用双亲委派模式，有没有什么场景是打破了这个模式？

双亲委托模型的重要用途是为了解决类载入过程中的安全性问题。

Java的类加载是否一定遵循双亲委托模型？

参考资料：

2.7类的实例化顺序

检验一下是不是真懂了：


class Dervied extends Base {


    private String name = "Java3y";

    public Dervied() {
        tellName();
        printName();
    }

    public void tellName() {
        System.out.println("Dervied tell name: " + name);
    }

    public void printName() {
        System.out.println("Dervied print name: " + name);
    }

    public static void main(String[] args) {

        new Dervied();
    }
}

class Base {

    private String name = "公众号";

    public Base() {
        tellName();
        printName();
    }

    public void tellName() {
        System.out.println("Base tell name: " + name);
    }

    public void printName() {
        System.out.println("Base print name: " + name);
    }
}

输出数据：


Dervied tell name: null
Dervied print name: null
Dervied tell name: Java3y
Dervied print name: Java3y

第一次做错的同学点个赞，加个关注不过分吧(hahaha

2.8JVM垃圾回收机制，何时触发MinorGC等操作

当young gen中的eden区分配满的时候触发MinorGC(新生代的空间不够放的时候).

2.9JVM 中一次完整的 GC 流程（从 ygc 到 fgc）是怎样的

这题不是很明白意思(水平有限...如果知道这题的意思可在评论区留言呀~~)

YGC和FGC是什么

什么时候执行YGC和FGC

2.10各种回收算法

GC最基础的算法有三种：

具体：

2.11各种回收器，各自优缺点，重点CMS、G1

图来源于《深入理解Java虚拟机：JVM高级特效与最佳实现》，图中两个收集器之间有连线，说明它们可以配合使用.

image

2.12stackoverflow错误，permgen space错误

stackoverflow错误主要出现：

permgen space错误(针对jdk之前1.7版本)：

三、总结

总的来说，JVM在初级的层面上还是偏理论多，可能要做具体的东西才会有更深的体会。这篇主要是入个门吧~

这篇文章懒懒散散也算把JVM比较重要的知识点理了一遍了，后面打算学学，写写SpringCloud的东西。

参考资料：

如果文章有错的地方欢迎指正，大家互相交流。习惯在微信看技术文章，想要获取更多的Java资源的同学，可以关注微信公众号:Java3y。为了大家方便，刚新建了一下qq群：742919422，大家也可以去交流交流。谢谢支持了！希望能多介绍给其他有需要的朋友

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