电子商务网站设计原理书籍,学做网站需要多久时间,什么职位做网站,做网站需要什么源码文章目录 为什么学习JVMJVM的执行流程JVM的组成部分类加载运行时数据区本地方法接口执行引擎 垃圾回收什么样的对象是垃圾呢内存溢出和内存泄漏定位垃圾的方法对象的finalization机制垃圾回收算法分代回收垃圾回收器 JVM调优参数JVM调优工具Java内存泄漏排查思路CPU飙高排查方案… 文章目录 为什么学习JVMJVM的执行流程JVM的组成部分类加载运行时数据区本地方法接口执行引擎 垃圾回收什么样的对象是垃圾呢内存溢出和内存泄漏定位垃圾的方法对象的finalization机制垃圾回收算法分代回收垃圾回收器 JVM调优参数JVM调优工具Java内存泄漏排查思路CPU飙高排查方案与思路 为什么学习JVM
JVM是Java的运行环境优点是一次编译到处运行。这是因为JVM是运行在操作系统上的无论在什么操作系统都可以执行所以常说Java是跨平台性的。学习JVM能更深入的理解Java这门语言理解Java语言底层代码的执行过程为后期写出优质代码做好准备。比如很多时候一个问题需要深入字节码层次去分析才能得到准确的结论字节码就是JVM的一部分。并且项目上线去排查一些程序log日志中无法呈现的问题如内存溢出等。相较于C/CJava不需要手动的去进行垃圾回收但是正因为Java将内存控制交给JVM一旦出现内存泄漏和溢出方面的问题如果不了解JVM是很难进行排查的。
JVM的执行流程
程序在执行前先要把Java代码转换成字节码.class文件JVM需要将字节码文件通过一定方式的类加载器ClassLoader把文件加载到内存的运行时数据区Runtime Data Area而字节码文件是JVM的一套指令集规范并不能直接由底层操作系统区执行因此需要特定的命令解析器**执行引擎Execution Engine将字节码翻译成底层系统指令再交给CPU去执行这个过程中需要调用其他语言的接口本地库接口Native Interface**来实现整个程序的功能。
JVM的组成部分
类加载、运行时数据区内存区域、本地方法接口、执行引擎。
类加载 加载读取字节码文件转换并存储为每个类创建一个class类对象并存储在方法区中。 链接 验证检查被加载的类内部结构是否正确对字节码文件格式进行验证判断文件是否污染并对基本语法格式验证。准备为静态的变量分配内存并设置默认初始值不包含使用final修饰的static常量。解析将符号引用方法名转化为直接引用使用指针指向地址将字节码中的表现形式转为内存中的表现形式。 初始化类的初始化为类中定义的静态变量进行赋值。 类加载器分类引导(启动)类加载器C、扩展类加载器、应用程序类加载器默认、自定义类加载器。 双亲委派机制及其打破如果一个类加载器收到了类加载请求它并不会自己先去加载而是把这个请求委托给父类的加载器去执行如果父加载器还存在其父加载器则继续向上委托最终将到达顶层的启动类加载器如果父类加载器可以完成类的加载任务就成功返回若无法完成加载任务子加载器才会尝试自己去加载。如果都加载失败则抛出异常ClassNotFoundException。 目的为了确保加载系统类。优点安全可以避免用户自己编写的类替换Java的核心类库并避免类重复加载。 打破 通过集成ClassLoader类重写loaclClass/findClass方法实现自定义类加载。Tomcat就是自定义的类加载。
运行时数据区
程序计数器线程私有的内部保存的是字节码的行号用于记录正在执行的字节码指令的地址。 字节码的行号Java代码运行时编译后的字节码文件是一行一行执行的PC计数器就是记录当前线程执行的行号的目的是其他线程抢占该线程后下次接着之前执行的位置执行。 Java虚拟机栈线程私有的随着线程创建而创建随着线程销毁而死亡。每个线程在运行时所需要的内存就是虚拟机栈。每个栈都是由一个个栈帧组成对应的每次方法调用占用的内存。每个栈帧局部变量表操作数栈动态链接方法返回地址。每个线程中只能有一个活动栈帧对应着当前正在执行的那个方法。本地方法栈本地方法栈和Java虚拟机栈发挥的作用相似区别在于Java虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务也就是执行native()方法这些方法是C、C写的。堆线程共享区域主要保存对象的实例、数组等。方法区共享的内存区域主要用来存储类信息、即时编译器编译后的信息以及运行时常量池。JVM启动时创建关闭JVM释放。 常量池是一张表主要存储的是要执行的类名、方法名、参数类型、字面量等信息JVM根据指令会在这张表中进行查找。运行时常量池常量池是.class文件中的当类被加载时它的常量池信息会放入运行时常量池并将里面的符号地址变为真实地址#1 #2 之类的。
本地方法接口
简单地讲一个 Native Method 是一个Java调用非Java代码的接囗。一个 Native Method 是这样一个Java方法该方法的实现由非Java语言实现比如C。特点用native关键字修饰的方法称为一个本地方法没有方法体。
为什么使用因为Java在有些层次的任务使用Java实现起来不容易Java语言需要与外部环境进行交互直接访问操作系统接口即可JVM本身开发也是在底层使用了C语言。
执行引擎
解释器解释器有两种 一种是古老的字节码解释器在执行时通过纯软件代码翻译字节码的执行效率非常低下。另一种现在普遍使用的模板解释器将每一条字节码和一个模板函数相关联模板函数中直接产生这条字节码执行时的机器码提高了解释器的性能。JIT即时编译器可以将整个函数体编译成机器码有效的避免函数体被解释执行在重复执行时直接执行编译后的机器码即可大大提升了执行效率。通俗的说就是如果遇到经常执行的字节码指令只要执行过一次将一些频繁执行的热点代码进行编译并缓存到方法区中后续再来执行就不需要翻译可以直接取出对应的机器指令性能更快提高了执行效率。
垃圾回收
什么样的对象是垃圾呢
Java中的垃圾对象是指没有被任何引用变量所引用的对象。这些对象无法被访问也无法被使用因此它们占用内存空间而不被程序所使用成为垃圾对象
内存溢出和内存泄漏
内存溢出指的是程序在申请内存时由于没有足够的内存可用而导致程序崩溃或者出现其他异常情况的现象。这通常是因为程序错误地使用了内存例如未及时释放不需要的内存或者使用了太多内存资源导致系统无法提供足够的内存来满足应用程序的需求。
内存泄漏指的是程序中存在一些对象或变量没有被垃圾回收器及时回收导致这些对象一直占用着内存空间并最终耗尽可用内存的现象。通常是因为程序中存在不合理的设计或编码问题例如忘记释放动态分配的内存、使用循环引用等等。还有就是打开了使用对象的东西但是没有关闭导致垃圾处理时认为对象处于运行状态不会被回收处理IO流close和jdbc链接close没有关闭。
两者区别在于内存泄漏是程序代码中存在的开发问题内存溢出则是由于系统资源有限造成的结果。需要解决内存泄漏问题通常需要审查代码并进行调试而需要解决内存溢出问题则需要考虑优化应用程序增加可用内存资源并可能需要进行代码重新设计以便更有效地使用和释放内存。
定位垃圾的方法 引用计数法当一个对象被引用了一次就在当前对象头上递增一次引用次数如果这个对象的引用次数为0代表这个对象可回收。比如创建一个demo对象在JVM内存中会在栈中存储一个变量然后指向在堆中开辟对的一块空间来存储这个对象引用计数法会给堆中的对象添加一个引用的参数ref1当demonull此时栈中的变量不会指向内存中的对象ref变为0。引用计数法原理简单效率也很高但是目前主流的虚拟机中并没有选择这个算法来管理内存主要原因是引用计数就很难解决对象之间相互循环引用的问题。当相互引用时ref次数增加了两次此时如果demonullref就会变为1不会被识别为垃圾这就是循环引用会引发内存泄漏。 根搜索算法目前的虚拟机都是通过可达性分析算法来确定哪些内容是垃圾核心思想是沿着GC Root对象遍历寻找关联着的对象就不是垃圾对象扫描过程中不能GC Root访问到该对象的就是可以被回收的。 GC Root可以是虚拟机栈栈帧中的本地变量表中引用的对象。方法区中类静态属性引用的对象。方法区中常量引用的对象。本地方法栈中JNINative方法引用的对象。
对象的finalization机制
对象的 finalization 机制是一种内存管理模式它允许程序在对象被垃圾回收之前执行特定的清理和释放操作。在Java中finalize() 方法是用于实现对象的 finalization 机制的。当一个对象变为垃圾之前JVM会在内部自动调用其 finalize() 方法如果该对象的 finalize() 方法未被重写则不会执行任何操作并在 finalize() 方法执行结束之后回收该对象。开发人员可以在 finalize() 方法中编写释放资源、关闭打开的文件、清除临时数据等操作以便程序尽快回收不再使用的内存空间。
垃圾回收算法
标记清除 使用GC Root标记处存活的对象清除没有标记的对象。优点标记和清除速度快。缺点内存碎片化严重内存不连贯。标记复制 将内存区域分为两块当使用GC Root标记出存活的对象将这些对象复制到另外一块之前清空的区域中。优点当垃圾对象多的时候效率高清理后内存没有碎片。缺点需要两块内存空间同一时刻只能使用一块空间内存使用率较低。标记整理使用GC Root标记出存活的对象清除没有标记的对象将标记存活的对象向一端移动避免了内存碎片化但是由于移动相较于标记清除性能是有一定影响。
分代回收 MinorGCyoung GC发生在新生代的垃圾回收SWT时间短。 MixedGC新生代老年代垃圾部分区域垃圾回收G1收集器特有。 FullGC新生代老年代完整垃圾回收STW时间长应尽量避免。 SWTStop The World暂停所有应用程序线程等待垃圾回收的完成。
垃圾回收器
串行垃圾回收器 Serial和SerialOld单线程垃圾回收堆内存较小。Serial作用于新生代采用标记复制算法。SerialOld作用于老年代采用标记整理算法。工作原理垃圾回收时只有一个线程在工作并且需要SWT。并行垃圾回收器Paraller New和Paraller Old并行垃圾回收器。Paraller New作用于新生代采用标记复制算法。Paraller Old作用于老年代采用标记整理算法。这个垃圾回收器是JKD8中默认使用的工作原理是垃圾回收时多个线程工作Java应用中所有线程SWT。CMS并发垃圾回收器主要是针对老年代的垃圾回收器并发执行的使用标记清除的垃圾回收器是一款以获取最短停顿时间为目标的收集器停顿时间短用户体验是比较良好的最大的特点是在进行垃圾回收时应用仍能正常运行。主要过程 初始标记SWT标记直接与GC Root关联的对象 。并发标记标记与GC Root间接关联的对象。重新标记防止之前标记时有的垃圾被关联漏标。并发清理 G1垃圾回收器和其他垃圾回收器不同的是G1垃圾回收器是将堆区域分为多个区域每个区域都可以充当eden、survivor、old、humongous为大对象准备采用的是标记复制算法进行垃圾回收。特点是响应时间与吞吐量兼顾垃圾回收主要分为三个阶段新生代回收、并发标记、混合收集。如果回收的速度赶不上创建新对象的速度就会触发Full GC。 新生代垃圾回收新生代的内存区域一般在G1堆中分配5%-6%如果达到这个区间就会触发垃圾回收使用标记复制算法将存活的对象复制到幸存者区中挑出一个空闲区域需要暂停用户线程。有新对象创建会将一块区域创建为eden区进行存储之后进行垃圾回收时会将eden和幸存者区中存活的对象复制到另一个区域幸存者区超过15次的对象会复制到创建的老年区中。并发标记当老年代占总堆内存超过45%就会触发并发标记并发标记就是将老年代中所有的存活对象标记出来这个过程是并发的无需暂停用户线程。混合收集在并发标记之后会有一个重新标记阶段用来解决标记阶段的漏标问题此时需要swt。在回收老年代时并不是一次将所有的老年代区域进行垃圾回收而是有一个人为设置的预期的暂停时间根据这个暂停时间优先回收价值高的区域标记期间存活对象少这个也是G1名称的由来将这些回收价值高的老年代以及伊甸园幸存者区一同进行一次垃圾回收这就是混合收集然后将伊甸园区和幸存者区中存活的对象放入新创建的幸存者区中将老年代中存活的对象放入新创建的老年区中。
JVM调优参数
堆空间大小-Xms -Xmx : 设置堆的初始大小和最大大小为了防止垃圾收集器在初始大小和最大大小之间收缩堆而产生额外的时间通常将最大和初始大小设置为相同的值不指定的话默认单位是字节。 堆空间设置多少合适一般最大大小默认为物理内存的1/4初始大小是物理内存的1/64堆太小的话可能会频繁导致GC会产生stw暂停用户线程对空间大肯定好但是也有风险假如发生Full GC扫描整堆空间暂停用户进程时间较长。 虚拟机栈的设置-Xss : 默认值为1M栈中一般存放栈帧调用参数、局部变量表等每个线程都会创建虚拟机栈如果设置太大会导致线程数量减少如果太小会导致栈内存溢出一般建议设置256K或512K。年轻代和老年代大小比例-XXSurvivorRatio8 表示survivor:eden2:8这是默认的比例我们也可以设置增大eden区的大小用来减少YGC发生的次数但是虽然减少了但是eden区满时占用空间大导致释放缓慢此时STW时间较长因此还是需要根据程序情况去调优。年轻代晋升老年代阈值-XX:MaxTenuringThresholdthreshold 默认15取值范围0-15设置垃圾回收器-XX:useParallerGC-XX:useParalloldGC-XX:useG1GC 可以通过增大吞吐量来提高系统性能可以通过这个设置并行垃圾回收器。
JVM调优工具
命令工具jps查看进程状态、jstack查看进程内线程的堆栈信息、jmap查看堆转信息、jhat堆转储快照分析工具、jstatJVM统计检测工具。可视化工具jconsole用于对JVM的内存线程类的监控、 VisualVM能够监控线程内存情况。 命令工具 jmap通过jmap heap pid 显示Java堆的信息 jmap -dump:formatbfileheap hprof pidfomatb表示以hprof进制格式转Java堆的内存 file 用于指定快照dump文件的文件名 使用以上命令生成一个进程或系统在某一时间的快照比如在进程崩溃时甚至是任何时候我们都可以通过工具将系统或进程的内存备份出来供调试分析使用。dump文件中包含了程序进行的模块信息线程信息堆栈调用信息异常信息等数据方便系统技术人员进行错误排查。 jstat: jstat -gcutil pid 总结垃圾回收统计 jstat -gc pid 垃圾回收统计 jconsole: 通过java/bin/jconsole.ext可以直接打开线程信息。
VisualVM目前只有1.8中有高版本没有通过java/bin/jvisualvm.exe打开。
Java内存泄漏排查思路 获取堆内存快照dump。 使用jmap命令获取运行中程序的dump文件有的情况是内存一处之后程序中断了但是jmap只能打印运行中的程序所以可以通过使用Vm参数获取dump文件。使用VisualVM可以加载离线的dump文件。 VisualVM去分析dump文件。 通过查看堆信息的情况去定位内存溢出的问题。 找到对应代码通过阅读上下文情况进行修复即可。
CPU飙高排查方案与思路
使用top命令查看哪一个命令占用CPU较高可以拿到相应的pid。使用ps H eo pid,tid,%cpu | grep 进程pid 可以找到进程中所有线程的信息。使用jstack 进程id 打印当前进程的所有线程信息将刚才进程的线程id转换为16进制的线程id打印的线程信息的id是16进制的然后根据相应的线程id定位到问题代码的代码行。
