前一段時(shí)間總結(jié)了spring和springmvc相關(guān)的知識(shí),面試中常問(wèn)到的除了這些基本的框架之外,還有底層的基礎(chǔ)知識(shí),比如與java虛擬機(jī)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn),這一部分也是面試中經(jīng)常問(wèn)到的,在面試中高級(jí)java工程師的時(shí)候,這一部分是很重要的一個(gè)點(diǎn),倘若一個(gè)程序員在這一塊沒(méi)有了解或者看過(guò)學(xué)習(xí)過(guò)相關(guān)的知識(shí),那么他的基礎(chǔ)就是相對(duì)薄弱的,面試成功的可能性也會(huì)降低很多.
這篇文章會(huì)把java的整體運(yùn)行結(jié)構(gòu)和jvm的關(guān)系做個(gè)梳理,但是不再用大篇幅的文字?jǐn)⑹龅膬?nèi)容,這樣不容易記憶,而且容易產(chǎn)生厭看的情緒.所以我決定使用采用繪圖+少部分文字描述為主.
一姻几、弄明白java的整體運(yùn)行結(jié)構(gòu)與jvm的關(guān)系
1. jvm是什么?
Java虛擬機(jī)（英語(yǔ)：Java Virtual Machine，縮寫為JVM），一種能夠運(yùn)行Java bytecode的虛擬機(jī),以堆棧結(jié)構(gòu)機(jī)器來(lái)進(jìn)行實(shí)做匙握。最早由太陽(yáng)微系統(tǒng)所研發(fā)并實(shí)現(xiàn)第一個(gè)實(shí)現(xiàn)版本愧杯，是Java平臺(tái)的一部分啡省，能夠運(yùn)行以Java語(yǔ)言寫作的軟件程序Java虛擬機(jī)有自己完善的硬體架構(gòu)标沪，如處理器朱沃、堆棧苞轿、寄存器等茅诱，還具有相應(yīng)的指令系統(tǒng)。JVM屏蔽了與具體操作系統(tǒng)平臺(tái)相關(guān)的信息搬卒，使得Java程序只需生成在Java虛擬機(jī)上運(yùn)行的目標(biāo)代碼-字節(jié)碼瑟俭，就可以在多種平臺(tái)上不加修改地運(yùn)行。通過(guò)對(duì)中央處理器CPU所執(zhí)行的軟件實(shí)現(xiàn)契邀，實(shí)現(xiàn)能執(zhí)行編譯過(guò)的Java程序碼與應(yīng)用程序）摆寄。
作為一種編程語(yǔ)言的虛擬機(jī)，實(shí)際上不只是專用于Java語(yǔ)言坯门，只要生成的編譯文件匹配JVM對(duì)加載編譯文件格式要求微饥，任何語(yǔ)言都可以由JVM編譯運(yùn)行。此外古戴，除了甲骨文欠橘，也有其他開(kāi)源或閉源的實(shí)現(xiàn)。--摘自維基百科
2.java運(yùn)行過(guò)程與jvm關(guān)系
上圖能夠清晰的展示我們從新編譯一個(gè)java類到j(luò)vm中執(zhí)行的全部流程,對(duì)堆棧等地方的功能做一個(gè)解釋:
- 堆:java的引用傳遞實(shí)現(xiàn),依靠的就是堆內(nèi)存,同一塊堆內(nèi)存可以被不同的棧內(nèi)存所指向;
- 棧:程序運(yùn)行的單位,里面存儲(chǔ)的信息都與當(dāng)前的線程有關(guān)系,包括局部變量,程序的運(yùn)行狀態(tài),方法返回值等;
- 方法區(qū):在進(jìn)行遞歸調(diào)用時(shí),所保存的堆棧內(nèi)容,它由局部變量表,操作數(shù)棧,當(dāng)前方法所屬的類的運(yùn)行時(shí)常量的引用,返回地址等;
- 程序計(jì)數(shù)器:一塊非常小的內(nèi)存空間,主要用來(lái)做一個(gè)計(jì)數(shù)操作,對(duì)象的晉升問(wèn)題(關(guān)系到垃圾回收(GC)).
二现恼、堆內(nèi)存組織結(jié)構(gòu)以及與內(nèi)存有關(guān)的參數(shù)設(shè)置(優(yōu)化)
在整個(gè)jvm運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū),要對(duì)jvm進(jìn)行優(yōu)化,那么堆內(nèi)存是重點(diǎn)優(yōu)化對(duì)象.原因是棧本身所占的內(nèi)存比率很小,而java中所有new對(duì)象全部放在堆內(nèi)存區(qū)域.那么對(duì)這些對(duì)象的回收控制策略就非常重要.
1.堆內(nèi)存的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
上圖展示了堆內(nèi)存的內(nèi)部結(jié)構(gòu),值得注意的是,在1.8之前和之后,java的永久代被取消,被元空間所代替(元空間就是電腦本省的物理內(nèi)存),下面對(duì)各個(gè)區(qū)的作用做簡(jiǎn)單的解釋:
年輕代:
- Eden區(qū):新生的小對(duì)象,每當(dāng)使用關(guān)鍵字new的時(shí)候,默認(rèn)都會(huì)在此空間進(jìn)行對(duì)象創(chuàng)建,如果創(chuàng)建的對(duì)象過(guò)多,那么最終的的結(jié)果就是Eden區(qū)的空間爆滿,此時(shí)會(huì)發(fā)生晉級(jí)操作(在經(jīng)歷若干次minorGC后還保留的對(duì)象,晉升到存活區(qū))
- 存活區(qū):minorGC存活的對(duì)象保存的區(qū)域,存活區(qū)有兩塊空間S0和S1,有一塊始終為空,該區(qū)域保存對(duì)象向老年代晉升
(停止-復(fù)制算法);
老年代:經(jīng)歷了數(shù)次GC之后還保留的對(duì)象,這些對(duì)象經(jīng)歷了多次GC仍然存活,但是也有可能在接下來(lái)的某一次被清除掉,同時(shí)要注意,假如是new一個(gè)很大的對(duì)象,那么是直接保存到老年代來(lái),如果老年代空間不夠了,會(huì)出現(xiàn)MajorGC(FullGC)進(jìn)行老年代的清理,非常耗費(fèi)性能(不建議使用system.gc()的原因);
在發(fā)生MajorGC的時(shí)候,jvm會(huì)檢查每次晉升入老年代的對(duì)象的大小是否大于老年代剩余空間的大小,若大于,直接觸發(fā)一次FullGC,否則可以自定義是否允許擔(dān)保失敗(關(guān)鍵字設(shè)置:XX:+HandlePromotionFailure)(標(biāo)記-清理算法);
元空間(永久代):jdk1.8之后,取消了永久代,變成了元空間,不再在堆內(nèi)存里面保存類,字符串常量等,采用了元空間之后,不會(huì)再出現(xiàn)堆溢出的異常.
2. 重要參數(shù)
通過(guò)調(diào)整jvm的相關(guān)參數(shù),可以優(yōu)化堆內(nèi)存,提高jvm的運(yùn)行效率,下面對(duì)幾個(gè)重要參數(shù)做一下總結(jié):
- -Xms:設(shè)置初始化的內(nèi)存分配大小,,默認(rèn)采用的大小為物理大小的1/64;
- -Xmx:設(shè)置最大的內(nèi)存可用空間,,默認(rèn)采用的大小為物理大小的1/4;
- -Xmn:設(shè)置年輕代大小,默認(rèn)采用的大小為物理大小的1/64;
- -Xss:設(shè)置每一個(gè)線程所占用的棧的大小
三肃续、GC算法
在jdk1.7之后,正式發(fā)布了G1回收算法;
在此之前,GC算法的發(fā)展進(jìn)程如下:
- Serial（串行）收集器
在jdk1.3.1之前，java虛擬機(jī)僅僅能使用Serial收集器叉袍。 Serial收集器是一個(gè)單線程的收集器始锚，但它的“單線程”的意義并不僅僅是說(shuō)明它只會(huì)使用一個(gè)CPU或一條收集線程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它進(jìn)行垃圾收集時(shí)畦韭，必須暫停其他所有的工作線程疼蛾，直到它收集結(jié)束肛跌。 - Parallel（并行）收集器
Parallel收集器也稱吞吐量收集器艺配，相比Serial收集器，Parallel最主要的優(yōu)勢(shì)在于使用多線程去完成垃圾清理工作衍慎，這樣可以充分利用多核的特性转唉，大幅降低gc時(shí)間。 - CMS（并發(fā)）收集器
CMS收集器在Minor GC時(shí)會(huì)暫停所有的應(yīng)用線程稳捆，并以多線程的方式進(jìn)行垃圾回收赠法。在Full GC時(shí)不再暫停應(yīng)用線程，而是使用若干個(gè)后臺(tái)線程定期的對(duì)老年代空間進(jìn)行掃描乔夯，及時(shí)回收其中不再使用的對(duì)象砖织。 - G1（并發(fā)）收集器
G1收集器（或者垃圾優(yōu)先收集器）的設(shè)計(jì)初衷是為了盡量縮短處理超大堆（大于4GB）時(shí)產(chǎn)生的停頓。相對(duì)于CMS的優(yōu)勢(shì)而言是內(nèi)存碎片的產(chǎn)生率大大降低末荐。
以上就是GC算法發(fā)展史,具體的各個(gè)算法有什么不同,暫時(shí)還沒(méi)有特別深入的研究和比較,后續(xù)會(huì)再開(kāi)一篇補(bǔ)上.
總結(jié)
這篇文章對(duì)java運(yùn)行的流程和jvm的關(guān)系,以及jvm的內(nèi)部結(jié)構(gòu),和jvm的堆內(nèi)存優(yōu)化,做了一個(gè)總結(jié),但是GC算法是一個(gè)大頭,一篇文章的篇幅實(shí)在是無(wú)法詳述,后續(xù)再接再厲,爭(zhēng)取把這一快吃透.
