好文章,記錄下 文末有自己整理的Xmind總結~ 轉載出處https://uestc-dpz.github.io
JVM
Java 虛擬機 Java 虛擬機(Java virtual machine寞钥,JVM)是運行 Java 程序必不可少的機制盾剩。JVM實現(xiàn)了Java語言最重要的特征:即平臺無關性。原理:編譯后的 Java 程序指令并不直接在硬件系統(tǒng)的 CPU 上執(zhí)行访圃,而是由 JVM 執(zhí)行厨幻。JVM屏蔽了與具體平臺相關的信息,使Java語言編譯程序只需要生成在JVM上運行的目標字節(jié)碼(.class),就可以在多種平臺上不加修改地運行挽荠。Java 虛擬機在執(zhí)行字節(jié)碼時克胳,把字節(jié)碼解釋成具體平臺上的機器指令執(zhí)行。因此實現(xiàn)java平臺無關性圈匆。它是 Java 程序能在多平臺間進行無縫移植的可靠保證漠另,同時也是 Java 程序的安全檢驗引擎(還進行安全檢查)。
JVM 是 編譯后的 Java 程序(.class文件)和硬件系統(tǒng)之間的接口 ( 編譯后:javac 是收錄于 JDK 中的 Java 語言編譯器跃赚。該工具可以將后綴名為. java 的源文件編譯為后綴名為. class 的可以運行于 Java 虛擬機的字節(jié)碼笆搓。)
JVM architecture:
圖片摘自 http://javapapers.com/java/ja...
JVM = 類加載器 classloader + 執(zhí)行引擎 execution engine + 運行時數(shù)據(jù)區(qū)域 runtime data area
classloader 把硬盤上的class 文件加載到JVM中的運行時數(shù)據(jù)區(qū)域, 但是它不負責這個類文件能否執(zhí)行,而這個是 執(zhí)行引擎 負責的纬傲。
classloader
作用:裝載.class文件
classloader 有兩種裝載class的方式 (時機):
隱式:運行過程中满败,碰到new方式生成對象時,隱式調用classLoader到JVM
顯式:通過class.forname()動態(tài)加載
雙親委派模型(Parent Delegation Model):
類的加載過程采用雙親委托機制叹括,這種機制能更好的保證 Java 平臺的安全算墨。
該模型要求除了頂層的Bootstrap class loader啟動類加載器外,其余的類加載器都應當有自己的父類加載器
汁雷。子類加載器和父類加載器不是以繼承(Inheritance)的關系
來實現(xiàn)净嘀,而是通過組合(Composition)關系
來復用父加載器的代碼。每個類加載器都有自己的命名空間(由該加載器及所有父類加載器所加載的類組成侠讯,在同一個命名空間中挖藏,不會出現(xiàn)類的完整名字(包括類的包名)相同的兩個類;在不同的命名空間中厢漩,有可能會出現(xiàn)類的完整名字(包括類的包名)相同的兩個類)
雙親委派模型的工作過程為:
1.當前 ClassLoader 首先從自己已經(jīng)加載的類中查詢是否此類已經(jīng)加載膜眠,如果已經(jīng)加載則直接返回原來已經(jīng)加載的類。
每個類加載器都有自己的加載緩存,當一個類被加載了以后就會放入緩存宵膨,
等下次加載的時候就可以直接返回了架谎。
2.當前 classLoader 的緩存中沒有找到被加載的類的時候,委托父類加載器去加載柄驻,父類加載器采用同樣的策略狐树,首先查看自己的緩存,然后委托父類的父類去加載鸿脓,一直到 bootstrap ClassLoader.
- 當所有的父類加載器都沒有加載的時候抑钟,再由當前的類加載器加載,并將其放入它自己的緩存中野哭,以便下次有加載請求的時候直接返回姻乓。
使用這種模型來組織類加載器之間的關系的好處:
主要是為了安全性
鞠抑,避免用戶自己編寫的類動態(tài)替換 Java 的一些核心類姥闪,比如 String匾竿,同時也避免了重復加載
,因為 JVM 中區(qū)分不同類篱蝇,不僅僅是根據(jù)類名贺待,相同的 class 文件被不同的 ClassLoader 加載就是不同的兩個類,如果相互轉型的話會拋java.lang.ClassCaseException.
類加載器 classloader 是具有層次結構的零截,也就是父子關系麸塞。其中,Bootstrap 是所有類加載器的父親涧衙。如下圖所示:[圖片上傳失敗...(image-834070-1600929537396)]
Bootstrap class loader: 父類
當運行 java 虛擬機時哪工,這個類加載器被創(chuàng)建,它負責加載虛擬機的核心類庫弧哎,如 java.lang.* 等雁比。例如 java.lang.Object 就是由根類加載器加載的。需要注意的是撤嫩,這個類加載器不是用 java 語言寫的偎捎,而是用 C/C++ 寫的。
Extension class loader:
這個加載器加載出了基本 API 之外的一些拓展類序攘。
AppClass Loader:
加載應用程序和程序員自定義的類鸭限。
除了以上虛擬機自帶的加載器以外,用戶還可以定制自己的類加載器(User-defined Class Loader)两踏。Java 提供了抽象類 java.lang.ClassLoader,所有用戶自定義的類加載器應該繼承 ClassLoader 類兜喻。
這是JVM分工自治生態(tài)系統(tǒng)的一個很好的體現(xiàn)梦染。
http://www.importnew.com/6581...
執(zhí)行引擎
作用: 執(zhí)行字節(jié)碼,或者執(zhí)行本地方法
runtime data area
JVM 運行時數(shù)據(jù)區(qū) (JVM Runtime Area) 其實就是指 JVM 在運行期間,其對JVM內(nèi)存空間的劃分和分配帕识。JVM在運行時將數(shù)據(jù)劃分為了6個區(qū)域來存儲泛粹。
程序員寫的所有程序都被加載到運行時數(shù)據(jù)區(qū)域
中,不同類別存放在heap, java stack, native method stack, PC register, method area.
下面對各個部分的功能和存儲的內(nèi)容進行描述:
1肮疗、PC程序計數(shù)器:一塊較小的內(nèi)存空間晶姊,可以看做是當前線程
所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器, NAMELY存儲每個線程下一步將執(zhí)行的JVM指令,如該方法為native的伪货,則PC寄存器中不存儲任何信息们衙。Java 的多線程機制離不開程序計數(shù)器,每個線程都有一個自己的PC碱呼,以便完成不同線程上下文環(huán)境的切換蒙挑。
2、java虛擬機棧:與 PC 一樣愚臀,java 虛擬機棧也是線程私有的忆蚀。每一個 JVM 線程都有自己的 java 虛擬機棧,這個棧與線程同時創(chuàng)建姑裂,它的生命周期與線程相同馋袜。虛擬機棧描述的是Java 方法執(zhí)行的內(nèi)存模型
:每個方法被執(zhí)行的時候都會同時創(chuàng)建一個棧幀(Stack Frame)
用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧舶斧、動態(tài)鏈接欣鳖、方法出口等信息。每一個方法被調用直至執(zhí)行完成的過程就對應著一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程
捧毛。
3观堂、本地方法棧:與虛擬機棧的作用相似,虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行執(zhí)行java方法服務呀忧,而本地方法棧則為虛擬機使用到的本地方法服務师痕。
4、Java堆:被所有線程共享的一塊存儲區(qū)域而账,在虛擬機啟動時創(chuàng)建胰坟,它是JVM用來存儲對象實例以及數(shù)組值的區(qū)域,可以認為Java中所有通過new創(chuàng)建的對象的內(nèi)存都在此分配泞辐。
Java堆在JVM啟動的時候就被創(chuàng)建笔横,堆中儲存了各種對象,這些對象被自動管理內(nèi)存系統(tǒng)(Automatic Storage Management System咐吼,也即是常說的 “Garbage Collector(垃圾回收器)”)所管理吹缔。這些對象無需、也無法顯示地被銷毀锯茄。
JVM將Heap分為兩塊:新生代New Generation和舊生代Old Generation
Note:
堆在JVM是所有線程共享的厢塘,因此在其上進行對象內(nèi)存的分配均需要進行加鎖茶没,這也是new開銷比較大的原因。
鑒于上面的原因晚碾,Sun Hotspot JVM為了提升對象內(nèi)存分配的效率抓半,對于所創(chuàng)建的線程都會分配一塊獨立的空間,這塊空間又稱為TLAB
TLAB僅作用于新生代的Eden Space格嘁,因此在編寫Java程序時笛求,通常多個小的對象比大的對象分配起來更加高效
5、方法區(qū)
方法區(qū)和堆區(qū)域一樣糕簿,是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域探入,它用于存儲每一個類的結構信息
,例如運行時常量池冶伞,成員變量和方法數(shù)據(jù)新症,構造函數(shù)和普通函數(shù)的字節(jié)碼內(nèi)容,還包括一些在類响禽、實例徒爹、接口初始化時用到的特殊方法。當開發(fā)人員在程序中通過Class對象中的getName芋类、isInstance等方法獲取信息時隆嗅,這些數(shù)據(jù)都來自方法區(qū)。
方法區(qū)也是全局共享的侯繁,在虛擬機啟動時候創(chuàng)建胖喳。在一定條件下它也會被GC。這塊區(qū)域對應Permanent Generation 持久代贮竟。 XX:PermSize指定大小丽焊。
6、運行時常量池
其空間從方法區(qū)中分配咕别,存放的為類中固定的常量信息技健、方法和域的引用信息。
GC
Java garbage collection is an automatic process to manage the runtime memory used by programs. By doing it automatic JVM relieves the programmer of the overhead of assigning and freeing up memory resources in a program.
java 與 C語言相比的一個優(yōu)勢是惰拱,可以通過自己的JVM自動分配和回收內(nèi)存空間雌贱。
何為GC?
垃圾回收機制是由垃圾收集器Garbage Collection GC來實現(xiàn)的偿短,GC是后臺的守護進程欣孤。它的特別之處是它是一個低優(yōu)先級進程,但是可以根據(jù)內(nèi)存的使用情況動態(tài)的調整他的優(yōu)先級昔逗。因此降传,它是在內(nèi)存中低到一定限度時才會自動運行,從而實現(xiàn)對內(nèi)存的回收勾怒。這就是垃圾回收的時間不確定的原因搬瑰。
為何要這樣設計:因為GC也是進程款票,也要消耗CPU等資源,如果GC執(zhí)行過于頻繁會對java的程序的執(zhí)行產(chǎn)生較大的影響(java解釋器本來就不快)泽论,因此JVM的設計者們選著了不定期的gc。
GC有關的是: runtime data area 中的 heap(對象實例會存儲在這里) 和 gabage collector方法卡乾。
程序運行期間翼悴,所有對象實例存儲在運行時數(shù)據(jù)區(qū)域的heap中,當一個對象不再被引用(使用)幔妨,它就需要被收回鹦赎。在GC過程中,這些不再被使用的對象從heap中收回误堡,這樣就會有空間被循環(huán)利用古话。
GC為內(nèi)存中不再使用的對象進行回收,GC中調用回收的方法
--收集器garbage collector
. 由于GC要消耗一些資源和時間锁施,Java 在對對象的生命周期特征(eden or survivor)進行分析之后陪踩,采用了分代
的方式進行對象的收集,以縮短GC對應用造成的暫停悉抵。
在垃圾回收器回收內(nèi)存之前肩狂,還需要一些清理工作。
因為垃圾回收gc只能回收通過new關鍵字申請的內(nèi)存(在堆上)姥饰,但是堆上的內(nèi)存并不完全是通過new申請分配的傻谁。還有一些本地方法(一般是調用的C方法)。這部分“特殊的內(nèi)存”如果不手動釋放列粪,就會導致內(nèi)存泄露审磁,gc是無法回收這部分內(nèi)存的。
所以需要在finalize中用本地方法(native method)如free操作等岂座,再使用gc方法态蒂。顯示的GC方法是system.gc()
垃圾回收技術
方法一:引用計數(shù)法。簡單但速度很慢掺逼。缺陷是:不能處理循環(huán)引用的情況吃媒。
方法二:停止-復制(stop and copy)。效率低吕喘,需要的空間大赘那,優(yōu)點,不會產(chǎn)生碎片氯质。
方法三:標記 - 清除算法 (mark and sweep)募舟。速度較快,占用空間少闻察,標記清除后會產(chǎn)生大量的碎片拱礁。
JAVA虛擬機中是如何做的琢锋?
java的做法很聰明,我們稱之為"自適應"的垃圾回收器呢灶,或者是"自適應的吴超、分代的、停止-復制鸯乃、標記-清掃"式垃圾回收器鲸阻。它會根據(jù)不同的環(huán)境和需要選擇不同的處理方式。
heap組成
由于GC需要消耗一些資源和時間的缨睡,Java在對對象的生命周期特征進行分析后鸟悴,采用了分代
的方式來進行對象的收集,即按照新生代奖年、舊生代的方式來對對象進行收集细诸,以盡可能的縮短GC對應用造成的暫停.
heap 的組成有三區(qū)域/世代:(可以理解隨著時間,對象實例不斷變換heap中的等級陋守,有點像年級)
-
新生代 Young Generation
Eden Space 任何新進入運行時數(shù)據(jù)區(qū)域的實例都會存放在此
S0 Suvivor Space 存在時間較長震贵,經(jīng)過垃圾回收沒有被清除的實例,就從Eden 搬到了S0
S1 Survivor Space 同理嗅义,存在時間更長的實例屏歹,就從S0 搬到了S1
-
舊生代 Old Generation/tenured
同理,存在時間更長的實例之碗,對象多次回收沒被清除蝙眶,就從S1 搬到了tenured
Perm 存放運行時數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)
Java 不同的世代使用不同的 GC 算法。
Minor collection:
新生代 Young Generation 使用將 Eden 還有 Survivor 內(nèi)的數(shù)據(jù)利用 semi-space 做復制收集(Copying collection)褪那, 并將原本 Survivor 內(nèi)經(jīng)過多次垃圾收集仍然存活的對象移動到 Tenured幽纷。Major collection 則會進行 Minor collection,Tenured 世代則進行標記壓縮收集博敬。
To note that:
這個搬運工作都是GC 完成的友浸,這也是garbage collector 的名字來源,而不是叫garbage cleaner. GC負責在heap中搬運實例偏窝,以及收回存儲空間收恢。
GC工作原理
JVM 分別對新生代和舊生代采用不同的垃圾回收機制
何為垃圾?
Java中那些不可達的對象
就會變成垃圾
祭往。那么什么叫做不可達伦意?其實就是沒有辦法再引用
到該對象了。主要有以下情況使對象變?yōu)槔?br>
1.對非線程的對象
來說硼补,所有的活動線程都不能訪問該對象驮肉,那么該對象就會變?yōu)槔?br>
2.對線程對象來說,滿足上面的條件已骇,且線程未啟動或者已停止离钝。
例如:
(1)改變對象的引用票编,如置為null或者指向其他對象。
Object x=new Object();//object1
Object y=new Object();//object2
x=y;//object1 變?yōu)槔?
x=y=null;//object2 變?yōu)槔?
(2)超出作用域
if(i==0){
Object x=new Object();//object1
}//括號結束后object1將無法被引用卵渴,變?yōu)槔?
(3)類嵌套導致未完全釋放
class A{
A a;
}
A x= new A();//分配一個空間
x.a= new A();//又分配了一個空間
x=null;//將會產(chǎn)生兩個垃圾
(4)線程中的垃圾
class A implements Runnable{
void run(){
//....
}
}
//main
A x=new A();//object1
x.start();
x=null;//等線程執(zhí)行完后object1才被認定為垃圾
這樣看慧域,確實在代碼執(zhí)行過程中會產(chǎn)生很多垃圾,不過不用擔心浪读,java可以有效地處理他們吊趾。
JVM中將對象的引用分為了四種類型,不同的對象引用類型會造成GC采用不同的方法進行回收:
(1)強引用:默認情況下瑟啃,對象采用的均為強引用
(GC不會回收)
(2)軟引用:軟引用是Java中提供的一種比較適合于緩存場景的應用
(只有在內(nèi)存不夠用的情況下才會被GC)
(3)弱引用:在GC時一定會被GC回收
(4)虛引用:在GC時一定會被GC回收