JVM的位置

應(yīng)用程序（Java應(yīng)用程序）在JRE上運行（JRE包含JVM），JRE在操作系統(tǒng)（Windows、Mac）上運行，操作系統(tǒng)在硬件體系（Intel、Spac…）上運行。

三種 JVM

• Sun公司：HotSpot 用的最多（我們使用）
• BEA：JRockit
• IBM：J9VM

JVM體系結(jié)構(gòu)

JVM 調(diào)優(yōu)：99%都是在方法區(qū)和堆，大部分時間調(diào)堆。 JNI（Java Native Interface）：本地方法接口

類加載器

作用：加載class文件
例如：new Student();（具體實例在堆里，引用變量名放棧里）

• 虛擬機(jī)自帶的加載器
• 啟動類（根）加載器
• 擴(kuò)展類加載器
• 應(yīng)用程序加載器

雙親委派機(jī)制

概念

當(dāng)某個類加載器需要加載某個.class文件時，它首先把這個任務(wù)委托給他的上級類加載器，遞歸這個操作，如果上級的類加載器沒有加載，自己才會去加載這個類。

例子

當(dāng)一個 Hello.class 這樣的文件要被加載時。
不考慮我們自定義類加載器，首先會在 AppClassLoader 中檢查是否加載過，如果有那就無需再加載了。如果沒有，那么會拿到父加載器，然后調(diào)用父加載器的 loadClass 方法。
父類中同理也會先檢查自己是否已經(jīng)加載過，如果沒有再往上。注意這個類似遞歸的過程，直到到達(dá) Bootstrap classLoader 之前，都是在檢查是否加載過，并不會選擇自己去加載。
直到 BootstrapClassLoader，已經(jīng)沒有父加載器了，這時候開始考慮自己是否能加載了，如果自己無法加載，會下沉到子加載器去加載，一直到最底層，如果沒有任何加載器能加載，就會拋出ClassNotFoundException。

作用

• 1、防止重復(fù)加載同一個.class。通過委托去向上面問一問，加載過了，就不用再加載一遍。保證數(shù)據(jù)安全。
• 2、保證核心.class不能被篡改。通過委托方式，不會去篡改核心.class，即使篡改也不會去加載，即使加載也不會是同一個.class對象了。不同的加載器加載同一個.class也不是同一個Class對象。這樣保證了Class執(zhí)行安全。

比如：如果有人想替換系統(tǒng)級別的類：String.java。
篡改它的實現(xiàn)，在這種機(jī)制下這些系統(tǒng)的類已經(jīng)被 Bootstrap classLoader 加載過了（為什么？因為當(dāng)一個類需要加載的時候，最先去嘗試加載的就是 BootstrapClassLoader ），所以其他類加載器并沒有機(jī)會再去加載，從一定程度上防止了危險代碼的植入。

沙箱安全機(jī)制

組成沙箱的基本組件

• 字節(jié)碼校驗器（bytecode verifier）
  確保 Java 類文件 .Class 遵循 Java 語言規(guī)范。這樣可以幫助 Java 程序?qū)崿F(xiàn)內(nèi)存保護(hù)。但并不是所有的類文件都會經(jīng)過字節(jié)碼校驗，比如核心類。
• 類裝載器（class loader）
  其中類裝載器在3個方面對 Java 沙箱起作用：
  • 它防止惡意代碼去干涉善意的代碼； //雙親委派模式
  • 它守護(hù)了被信任的類庫邊界；
  • 它將代碼歸入保護(hù)域，確定了代碼可以進(jìn)行哪些操作。

虛擬機(jī)為不同的類加載器載入的類提供不同的命名空間，命名空間由一系列唯一的名稱組成，每一個被裝載的類將有一個名字，這個命名空間是由 Java 虛擬機(jī)為每一個類裝載器維護(hù)的，它們互相之間甚至不可見。

類裝載器采用的機(jī)制是雙親委派模式。

1、從最內(nèi)層 JVM 自帶類加載器開始加載，外層惡意同名類得不到加載從而無法使用；

2、由于嚴(yán)格通過包來區(qū)分了訪問域，外層惡意的類通過內(nèi)置代碼也無法獲得權(quán)限訪問到內(nèi)層類，破壞代碼就自然無法生效。

• 存取控制器（access controller）：存取控制器可以控制核心 API 對操作系統(tǒng)的存取權(quán)限，而這個控制的策略設(shè)定，可以由用戶指定。
• 安全管理器（security manager）：是核心 API 和操作系統(tǒng)之間的主要接口。實現(xiàn)權(quán)限控制，比存取控制器優(yōu)先級高。
• 安全軟件包（security package）：java.security 下的類和擴(kuò)展包下的類，允許用戶為自己的應(yīng)用增加新的安全特性，包括：
  • 安全提供者
  • 消息摘要
  • 數(shù)字簽名 keytools https(需要證書)
  • 加密
  • 鑒別

Native

凡是帶了 native 關(guān)鍵字的，說明 Java 的作用范圍達(dá)不到了，得回去調(diào)用底層C語言的庫
凡是帶了 native 關(guān)鍵字的方法會進(jìn)入本地方法棧，其它的是 Java棧

JNI：Java Native Interface（本地方法接口）

調(diào)用本地方法接口（JNI）作用：

擴(kuò)展 Java 的使用，融合不同的編程語言為 Java 所用
Java 誕生的初衷是融合C/C++程序，C、C++橫行，想要立足，必須要有調(diào)用C、C++的程序，它在內(nèi)存區(qū)城中專門開辟了塊標(biāo)記區(qū)城: Native Method Stack

Native Method Stack（本地方法棧）

登記 native 方法，在執(zhí)行引擎（Execution Engine）執(zhí)行的時候。通過JNI （本地方法接口）加載**本地方法庫(Native Libraies)**中的方法。

在企業(yè)級應(yīng)用中少見，與硬件有關(guān)應(yīng)用：Java程序驅(qū)動打印機(jī)，系統(tǒng)管理生產(chǎn)設(shè)備等

PC寄存器（Program Counter Register）

程序計數(shù)器: Program Counter Register

每個線程都有一個程序計數(shù)器，是線程私有的，就是一個指針， 指向方法區(qū)中的方法字節(jié)碼 ( 用來存儲指向下一條指令的地址， 也即將要執(zhí)行的指令代碼 )， 在執(zhí)行引擎讀取下一條指令,是一個非常小的內(nèi)存空間，幾乎可以忽略不計。

方法區(qū)（Method Area）

方法區(qū)是被所有線程共享，所有字段和方法字節(jié)碼，以及一些特殊方法，如構(gòu)造函數(shù)，接口代碼也在此定義，簡單說：所有定義的方法的信息都保存在該區(qū)域，此區(qū)域?qū)儆诠蚕韰^(qū)間；

靜態(tài)變量、常量、類信息(構(gòu)造方法、接口定義)、運行時的常量池（如：static，final,，Class（類模板）, 常量池）存在方法區(qū)中，但是實例變量存在堆內(nèi)存中，和方法區(qū)無關(guān)。

棧（Java Stack）

為什么 main() 先執(zhí)行，最后結(jié)束：（因為一開始 main() 先壓入棧）

棧：棧內(nèi)存，主管程序的運行，生命周期和線程同步。
線程結(jié)束，棧內(nèi)存也就釋放，對于棧來說，不存在垃圾回收問題。

棧存放：8大基本類型+對象引用+實例的方法。
棧運行原理：棧幀（局部變量表+操作數(shù)棧）每調(diào)用一個方法都有一個棧幀。
棧滿了 main() 無法結(jié)束，會拋出錯誤：棧溢出 StackOverflowError

棧 + 堆 + 方法區(qū)：交互關(guān)系

堆（Heap）

一個 JVM 只有一個堆內(nèi)存，堆的大小是可以調(diào)節(jié)的。
類加載器讀取了類文件后，一般會把 類，方法，常量，變量，保存所有引用類型的真實對象放到堆中。

堆內(nèi)存細(xì)分3個區(qū)域：

• 新生區(qū)（伊甸園區(qū)） Young / new
• 養(yǎng)老區(qū) old
• 永久區(qū) Perm ，在JDK8以后，永久存儲區(qū)改了個名字 (元空間)

GC 垃圾回收，主要是在 伊甸園區(qū) 和 養(yǎng)老區(qū)。

假設(shè)內(nèi)存滿了，報錯 OOM：堆內(nèi)存不夠 OutOfMemoryError:Java heap space

//-Xms8m -Xmx8m -XX:+PrintGCDetails
public static void main(String[] args) {String str = "javajavajavajava";while (true){str += str + new Random().nextInt(888888888)+ new Random().nextInt(21_0000_0000);}
}
//OutOfMemoryError:Java heap space 堆內(nèi)存滿了

新生區(qū) （伊甸園+幸存者區(qū)*2）

• 類誕生和成長甚至死亡的地方
• 伊甸園，所有對象都是在伊甸園區(qū) new 出來的
• 幸存者區(qū)（from, to），輕GC定期清理伊甸園，活下來的放入幸存者區(qū)，幸存者區(qū)滿了之后重GC 清理伊甸園+幸存者區(qū)，活下來的放入養(yǎng)老區(qū)。都滿了就報 OOM。

注：經(jīng)過研究，99%的對象都是臨時對象！直接被清理了

老年區(qū)

新生區(qū)剩下來的，輕GC殺不死了

永久區(qū)

這個區(qū)域常駐內(nèi)存，用來存放 JDK 自身攜帶的 Class 對象，Interface 元數(shù)據(jù)，存儲的是 Java 運行時的一些環(huán)境或類信息，該區(qū)域不存在垃圾回收GC。關(guān)閉虛擬機(jī)就會釋放這個內(nèi)存。

• jdk1.6之前：永久代，常量池在方法區(qū)。
• jdk1.7：永久代，但是慢慢退化了（去永久代）常量池在堆中。
• jdk1.8之后：無永久代，常量池在元空間。

常量池一直在方法區(qū)，其中的字符串池 JDK1.7之后保存到了堆中。

永久區(qū) OOM 例子：一個啟動類，加載了大量的第三方j(luò)ar包。Tomcat 部署了太多的應(yīng)用，大量動態(tài)生成的反射類。不斷的被加載。直到內(nèi)存滿，就會出現(xiàn) OOM。

方法區(qū)又稱非堆 (non-heap)，本質(zhì)還是堆，只是為了區(qū)分概念。

元空間邏輯上存在，物理上并不存在。

堆內(nèi)存調(diào)優(yōu)

public static void main(String[] args) {//返回虛擬機(jī)試圖使用的最大內(nèi)存long max = Runtime.getRuntime().maxMemory(); //字節(jié) 1024*1024//返回jvm初始化的總內(nèi)存long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();System.out.println("max="+max+"字節(jié)\t"+(max/(double)1024/1024+"MB"));System.out.println("total="+total+"字節(jié)\t"+(total/(double)1024/1024+"MB"));/* 運行后：max=1866465280字節(jié)   1780.0MBtotal=126877696字節(jié)  121.0MB*///默認(rèn)情況下，分配的總內(nèi)存占電腦內(nèi)存1/4 初始化1/64
}

報OOM怎么辦？

• 1.嘗試擴(kuò)大堆內(nèi)存，如果還報錯，說明有死循環(huán)代碼 或垃圾代碼
  Edit Configration>add VM option> 輸入：-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails
  
  新生區(qū)+養(yǎng)老區(qū)：305664K+699392K=1005056K = 981.5M ，說明元空間物理并不存在。

• 2.分析內(nèi)存，看一下哪個地方有問題（專業(yè)工具）
  能夠看到代碼第幾行出錯：內(nèi)存快照分析工具，MAT，Jprofiler
  MAT，Jprofiler作用：

  • 分析Dump內(nèi)存文件，快速定位內(nèi)存泄漏；
  • 獲得堆中的數(shù)據(jù)
  • 獲得大的對象

//-Xms 設(shè)置初始化內(nèi)存分配大小 默認(rèn)1/64
//-Xmx 設(shè)置最大分配內(nèi)存，默認(rèn)1/4
//-XX:+PrintGCDetails 打印GC垃圾回收信息
//-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError //oom DUMP
//-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
public class Demo03 {byte[] array = new byte[1*1024*1024]; //1mpublic static void main(String[] args) {ArrayList<Demo03> list = new ArrayList<>();int count = 0;try {while (true){list.add(new Demo03()); //不停地把創(chuàng)建對象放進(jìn)列表count = count + 1;}} catch (Exception e) {System.out.println("count: "+count);e.printStackTrace();}}
}

GC（垃圾回收）

JVM在進(jìn)行GC時，并不是對新生代、幸存區(qū)、老年區(qū)，這三個區(qū)域統(tǒng)一回收。大部分時候回收的是新生代

GC兩種：輕GC，重GC (Full GC，全局GC)

引用計數(shù)法

一般 JVM 不用，大型項目對象太多了

復(fù)制算法

-XX:MaxTenuringThreshold=15 設(shè)置進(jìn)入老年代的存活次數(shù)條件。


好處：沒有內(nèi)存的碎片，內(nèi)存效率高
壞處：浪費了內(nèi)存空間（一個幸存區(qū)永遠(yuǎn)是空的）；假設(shè)對象100%存活，復(fù)制成本很高。
復(fù)制算法最佳使用場景：對象存活度較低的時候，新生區(qū)。

標(biāo)記清除

優(yōu)點：不需要額外空間，優(yōu)化了復(fù)制算法。
缺點：兩次掃描，嚴(yán)重浪費時間，會產(chǎn)生內(nèi)存碎片。

標(biāo)記壓縮（標(biāo)記整理）：再優(yōu)化

三部曲：標(biāo)記–清除–壓縮

標(biāo)記清除壓縮：再優(yōu)化

每標(biāo)記清除幾次就壓縮一次，或者內(nèi)存碎片積累到一定程度就壓縮。

分代收集算法

根據(jù)內(nèi)存對象的存活周期不同，將內(nèi)存劃分成幾塊，JVM一般將內(nèi)存分成新生代和老生代。
在新生代中，有大量對象死去和少量對象存活，所以采用復(fù)制算法，只需要付出少量存活對象的復(fù)制成本就可以完成收集；
老年代中因為對象的存活率極高，沒有額外的空間對他進(jìn)行分配擔(dān)保，所以采用標(biāo)記清理或者標(biāo)記整理算法進(jìn)行回收；

總結(jié)

內(nèi)存效率：復(fù)制算法 > 標(biāo)記清除算法 > 標(biāo)記壓縮算法（時間復(fù)雜度）

內(nèi)存整齊度：復(fù)制算法 = 標(biāo)記壓縮算法 > 標(biāo)記清除算法

內(nèi)存利用率：標(biāo)記壓縮算法 = 標(biāo)記清除算法 > 復(fù)制算法

沒有最好的算法，只有合適的算法（GC也被稱為分代收集算法）。

• 年輕代：存活率低，用復(fù)制算法。
• 老年代：存活率高，區(qū)域大，用標(biāo)記-清除-壓縮。