JVM java虛擬機

JVM

java虛擬機是一個可執(zhí)行java字節(jié)碼的虛擬機進程。Java虛擬機本質(zhì)上就是一個程序，java源文件被編譯成能被java虛擬機執(zhí)行的字節(jié)碼文件，當它在命令行上啟動的時候，就開始執(zhí)行保存在某字節(jié)碼文件中的指令。Java語言的可移植性正是建立在Java虛擬機的基礎(chǔ)上。任何平臺只要裝有針對于該平臺的Java虛擬機，字節(jié)碼文件（.class）就可以在該平臺上運行。這就是“一次編譯，多次運行”。

java文件，通過編譯器變成了.class文件，接下來類加載器又將這些class文件加載到JVM中。其實可以一句話來解釋，類的加載指的是將類的.class文件二進制數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存中，將其放在運行時數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)內(nèi)，

然后在堆區(qū)創(chuàng)建一個 java.lang.Class對象，用來封裝類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

jvm主要組成部分及其作用

我們常說的jvm的主要組成，指的是運行時數(shù)據(jù)區(qū)。但是，其他它還包括其他部分，執(zhí)行引擎、本地接口、類加載子系統(tǒng)

jvm主要構(gòu)成：方法區(qū)、Java堆、Java虛擬機棧、本地方法區(qū)、程序計數(shù)器等。

JAVA Heap：堆，放的是new的對象，數(shù)組，大數(shù)據(jù)的東西；運行時的數(shù)據(jù)

JVM Stack： jvm棧，控制方法怎么調(diào)度，控制應用程序怎么運行的

Native Method Stack：本地方法棧，本地的方法棧，調(diào)用本地服務

Method Area：方法區(qū)，放的是運行時的方法

其中方法區(qū)和堆是由所有線程共享，

而Java棧、本地方法區(qū)、程序計數(shù)器是線程私有。

我們常說的內(nèi)存溢出，指的就是 java堆（Heap） 內(nèi)存不夠了。

JVM Stack jvm棧區(qū)，每啟動個線程，jvm就為該線程分配一個棧區(qū)，線程調(diào)用方法時和方法返回時進行入棧和出棧的操作。

Native Stack 本地方法棧區(qū)，與jvm stack類似，不過此區(qū)域是為調(diào)用本地方法服務的

Java Heap java的所有對象實例，數(shù)組等。

程序計數(shù)寄存器 ，每個線程自己的計數(shù)寄存器，存儲當前線程執(zhí)行字節(jié)碼的地址。

Program Counter Register：程序計數(shù)器：

每個線程在創(chuàng)建后，都會產(chǎn)生自己的程序計數(shù)器和棧幀。程序計數(shù)器用來存放執(zhí)行指令的偏移量和行號指示器等。

線程執(zhí)行或者恢復都要依賴程序計數(shù)器。程序計數(shù)器在各個線程之間互不影響。此區(qū)域也不會發(fā)生內(nèi)存溢出異常，程序計數(shù)器是占用空間最小的內(nèi)存區(qū)域，不會出現(xiàn)OOM。

主要記錄當前線程正在執(zhí)行的方法的指令地址。方便線程切換后能恢復到下一條指令的位置，如果是執(zhí)行native方法，則該計數(shù)器為空。

程序計數(shù)器（后文簡稱PCR)有兩個作用：

• 字節(jié)碼解釋器通過改變PCR依次讀取指令，實現(xiàn)代碼的流程控制，如順序執(zhí)行、選擇、循環(huán)、異常處理
• 多線程情況下，PCR用于記錄當前線程的執(zhí)行位置，從而當線程被切換回來的時候，能夠知道該線程上次運行到哪兒了。

JVM Stack： jvm棧

java虛擬機棧也叫線程棧

虛擬機棧包含：

1、局部變量表

2、動態(tài)連接

3、操作棧

4、方法返回地址

1、局部變量表

存放方法參數(shù)和局部變量

相對于類屬性的變量準備階段和初始化階段，局部變量沒有準備階段，必需顯式初始化。

如果是非靜態(tài)方法，則在index[0]位置存儲的是方法所屬對象的實例引用，隨后存儲的是參數(shù)和局部變量。

2、動態(tài)連接

每個棧幀中包含一個在常量池中，對當前方法的引用。目的是支持方法調(diào)用過程的動態(tài)連接。

3、方法返回地址：

方法執(zhí)行的時候，有兩種退出情況：

正常退出

正常執(zhí)行到任何方法的返回字節(jié)碼指令，如RETURN、IRETURN等。

異常退出

無論何種，都將返回至方法當前被調(diào)用的位置。方法退出的過程相當于彈出當前棧幀。

3、操作棧

本地方法棧基本上等同于java虛擬機棧。

堆和棧是程序運行的關(guān)鍵，很有必要把他們癿關(guān)系說清楚。

棧是運行時的單位，而堆是存儲的單位。

棧解決程序的運行問題，即程序如何執(zhí)行，或者說如何處理數(shù)據(jù);

堆解決的是數(shù)據(jù)存儲的問題，即數(shù) 據(jù)怎么放、放在哪兒。

在 Java 中一個線程就會相應有一個線程棧與之對應，這點很容易理解，因為不同的線程執(zhí)行邏輯有 所不同，因此需要一個獨立的線程棧。

而堆則是所有線程共享的。

棧因為是運行單位，因此里面存儲 的信息都是跟當前線程(或程序)相關(guān)信息的。包括局部變量、程序運行狀態(tài)、方法返回值等等;而 堆只負責存儲對象信息。

元數(shù)據(jù)區(qū)（Matespace)：

包括：

常量池、類元信息、方法元信息

園區(qū)

JDK1.8之前叫持久代；1.8之后叫園區(qū)。

園區(qū)放的是方法常量

（以下非必需）

為什么要把堆和棧區(qū)分出來呢?棧中不是也可以存儲數(shù)據(jù)嗎?

第一，從軟件設(shè)計的角度看，棧代表了處理邏輯，而堆代表了數(shù)據(jù)。這樣分開，使得處理邏輯更為清 晰。分而治之的思想。這種隔離、模塊化的思想在軟件設(shè)計的方方面面都有體現(xiàn)。

第二，堆與棧的分離，使得堆中的內(nèi)容可以被多個棧共享(也可以理解為多個線程訪問同一個對象)。 這種共享的收益是很多的。一方面這種共享提供了一種有效的數(shù)據(jù)交互方式(如:共享內(nèi)存)，另一方 面，堆中的共享常量和緩存可以被所有棧訪問，節(jié)省了空間。

第三，棧因為運行時的需要，比如保存系統(tǒng)運行的上下文，需要進行地址段的劃分。由于棧只能向上 增長，因此就會限制住棧存儲內(nèi)容的能力。而堆不同，堆中的對象是可以根據(jù)需要動態(tài)增長的，因此 棧與堆的拆分，使得動態(tài)增長成為可能，相應棧中只需記錄堆中的一個地址即可。

第四，面向?qū)ο缶褪嵌雅c棧的完美結(jié)合。其實，面向?qū)ο蠓绞降某绦蚺c以前結(jié)構(gòu)化的程序在執(zhí)行上沒 有任何區(qū)別。但是，面向?qū)ο蟮囊?，使得對待問題的思考方式發(fā)生了改變，而更接近于自然方式的思考。

當我們把對象拆開，你會發(fā)現(xiàn)，對象的屬性其實就是數(shù)據(jù)，存放在堆中;而對象的行為(方法)， 就是運行邏輯，放在棧中。

我們在編寫對象的時候，其實即編寫了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也編寫了處理數(shù)據(jù)的邏輯。

在 Java 中，Main 函數(shù)就是棧的起始點，也是程序的起始點。

程序要運行總是有一個起點的。同 C 語言一樣，java 中的 Main 就是那個起點。無論什么java 程序， 找到 main 就找到了程序執(zhí)行的入口:

堆：

運行時的數(shù)據(jù)，也就是new的對象和一些數(shù)組。

運行時最大的數(shù)據(jù)，就在堆內(nèi)。

Jvm heap內(nèi)存空間劃分

堆內(nèi)（放的是對象，數(shù)組）=臨時數(shù)據(jù)，用完就沒啦

年輕代：eden +s1 +s0（eden：s1 ：s0默認比例：8:1:1 ）

老年代：（年輕代：老年代默認比例：1:2）

s0與s1大小相等，位置互換

堆外（放的是方法，類，常量）

Eden（伊甸園區(qū)）：

所有新new的對象和數(shù)組，是在伊甸園區(qū)產(chǎn)生的，內(nèi)存分配是在伊甸園區(qū)進行的。

在伊甸園區(qū)new 一個對象，如果這個對象被用到了，那么他的引用就+1。應用的越多，占內(nèi)存越多。

當伊甸園區(qū)內(nèi)存被占滿時，就不能再new對象，程序依賴對象，所以程序也就不能運行。java應用程序為了能繼續(xù)運行，就要干掉那些不被引用的對象，對這些不被引用的對象進行垃圾回收。

現(xiàn)代虛擬機一般使用的內(nèi)存回收策略是分代收集，即把對象分為兩代，新生代（年輕代）使用復制算法回收內(nèi)存，老年代使用標志-整理算方法回收內(nèi)存。

垃圾回收的時候，如何判斷該對象是否可以被回收：

有2種算法

算法一：引用計數(shù)（已經(jīng)被廢棄了）

引用計數(shù)，對象被創(chuàng)建后，有個計數(shù)器。只要對象被引用，那么計數(shù)器就+1，再次被引用，就再+1，如果方法執(zhí)行完成，對象不被引用了，計數(shù)器就-1。

當計數(shù)器為0時，該對象沒有被引用，就可以被垃圾回收了。

引用計數(shù)算法，有一個弊端，就是在執(zhí)行遞歸的時候，就沒有辦法計算了。

算法二：尋根判斷

尋根判斷，從對象的根結(jié)點開始去找，是否被引用，如果跟節(jié)點都沒有引用，那么就是沒有被引用。

被引用的對象，稱為存活對象。

未被引用的對象，稱為非存活對象。

當伊甸園區(qū)被占滿時，觸發(fā)GC（垃圾回收 Garbage Collection)。

GC分兩步，第1步標記，對非存活對象進行標記。第2步清掃，將非存活對象從內(nèi)存中干掉，釋放內(nèi)存，同時將存活的對象移到存活區(qū)中。

YGC

發(fā)生在年輕代。

在YGC之前，伊甸園區(qū)是滿的，無法new對象，程序無法運行。

YGC之后，伊甸園區(qū)就空了，就可以繼續(xù)new對象。

YGC整個流程：

第一次gc，，對存活的對象進行標記，然后將Eden區(qū)的存活對象，存活區(qū)S0

第二次gc，使用尋根判斷的算法，對存活的對象進行標記，然后將Eden區(qū)的存活對象，移到存活區(qū)S0

步驟1：new的對象、數(shù)組，直接進入eden園區(qū)。

步驟2：eden園區(qū)滿了，觸發(fā)ygc，對【eden園區(qū)】的對象和數(shù)組進行標記（使用尋根判斷的算法），清掃（將沒有引用的對象干掉，被引用的移到其中一個存活區(qū)s0）；

eden園區(qū)第二次滿了，再次觸發(fā)ygc，對【eden園區(qū)和存活區(qū)s0】的對象和數(shù)組進行標記，清掃將沒有引用的干掉，被引用的對象和數(shù)組移到在另一個存活區(qū)s1（這里用的是復制算法）

步驟3：fgc，全gc，堆內(nèi)存和持久代均gc。將沒有的干掉，有用的放到老年代。

年輕代里面的兩個存活區(qū)，大小相等，且同一時間只有一個存活區(qū)有對象，另一個存活區(qū)為空。gc之前，存活區(qū)s0有對象，s1為空，一次gc之后，s0為空，s1存放對象。

對象進入老年代原則：

大對象直接進入老年代長期存活的對象進入老年代動態(tài)年齡判斷一次Young GC時數(shù)據(jù)放到存活區(qū)，但是存活區(qū)滿了導致放不下去此時直接進入老年代（盡可能避免這種情況）

1、大對象直接進入老年代

在堆中分配的大對象直接挪到老年代

大對象是指需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的對象，例如很長的字符串以及數(shù)組。

虛擬機設(shè)置了一個-XX:PretenureSizeThreshold參數(shù)，有個默認值，令大于這個設(shè)置的對象直接在老年代分配，這個值是可以修改的。

目的就是為了防止大對象在Eden空間和Survivor空間來回大量復制，大對象很容易把伊甸園區(qū)占滿，導致YGC頻繁。

2、長期存活的對象進入老年代(伴隨YGC產(chǎn)生的）

虛擬機給每個對象定義了一個對象年齡(Age)計數(shù)器，如果對象在Eden區(qū)出生并經(jīng)過第一次YGC/Mintor GC后仍然存活，并且能被Survivor接納，并被移動到Survivor空間上，那么該對象年齡將被設(shè)置為1。

對象在Survivor區(qū)中每熬過一次YGC/Minor GC,年齡就加一，當他的年齡增加到一定程度，就會被移動到老年代（年齡值默認為15）。

對象晉升老年代的閾值可以通過-XX:MaxTenuringThreshold設(shè)置。

3、動態(tài)年齡判斷并進入老年代(伴隨YGC產(chǎn)生的）

為了更好的適應不同程序的內(nèi)存狀況，虛擬機并不是永遠要求對象的年齡必須達到MaxTenuringThreshold才會晉升到老年代。

如果在Survivor空間中相同年齡的所有對象大小的總和大于Survivor空間的一半，年齡大于或等于該年齡的對象就可以直接進入老年代，無需達到MaxTensuringThreshold的要求年齡。

（相同age對象大小之和>1/2存活區(qū)（即s0或者s1）則所有>=age的對象就會進入老年代）

舉個栗子：

比如：MaxTenuringThreshold 為15，Survivor內(nèi)存大小為100M。age 為1的，所有對象大小之和為10M。age 為5的，所有對象大小之和為51M。age為6的，所有對象大小之和為5M.

因為age 為5的對象所占內(nèi)存之和已經(jīng)超過了Survivor空間的一半，所以age為5，和age大于5的對象，都要移到老年代（沒有age達到15的限制）

4、一次Young GC時數(shù)據(jù)放到存活區(qū)，但是存活區(qū)滿了導致放不下去此時直接進入老年代

盡可能避免這種情況，如果對象直接從Eden區(qū)到老年代，那么存活區(qū)就沒有什么存在的意義了，之所以設(shè)置存活區(qū)，就是為了將沒有引用的對象更早的回收掉，將內(nèi)存騰出來。

Full GC

當老年代滿了之后，觸發(fā)Full GC。

Full GC 范圍：

整個堆內(nèi)存（年輕代+老年代）+園數(shù)據(jù)區(qū)

對堆的回收：

標記--清掃

對堆標記，對象是否被引，被引用的為存活對象。

對園數(shù)據(jù)回收：

標記--清掃

標記類，哪些類失效了。

回收，將失效的類卸載掉。

FGC時長，大小跟內(nèi)存大小有關(guān)系，內(nèi)存大，則FGC時間長。

時長不太好控制，但是我們可以控制FGC頻次。

當老年代和年輕代，被存活的對象占滿時（GC也不能將這些存活的對象清理掉），在Eden就不能再創(chuàng)建新的對象，導致OOM。

http://www.itcdns.cn/skill/detail/1586233667857

一、OOM含義：

OOM，全稱“Out Of Memory”，意思是“內(nèi)存用完了”。 它來源于java.lang.OutOfMemoryError。

官方介紹為當JVM因為沒有足夠的內(nèi)存來為對象分配空間并且垃圾回收器也已經(jīng)沒有空間可回收時，就會拋出 java.lang.OutOfMemoryError ：···

（注意：這是個很嚴重的問題，因為這個問題已經(jīng)嚴重到不足以被應用處理）。 

gc的觸發(fā)條件

觸發(fā)條件：

YGC：

有且只有這一種情況，eden滿了，觸發(fā)gc

FGC：

1、老年代滿了

2、園區(qū)某些類已經(jīng)失效了，在加載的找不到這個類，也會觸發(fā)FGC，去卸載這個類，釋放這個類。

3、空間擔保原則（主要觸發(fā)fgc的方式）

4、代碼里面顯示調(diào)用

5、jmap dump

內(nèi)存擔保機制

現(xiàn)代虛擬機把新生代分為三個區(qū)域，一個Eden區(qū)域，兩個Survivor區(qū)域，Eden區(qū)域與Survivor區(qū)域的比例大小是8：1，虛擬機在YGC/Minor GC時在新生代采用復制算法，將存活對象復制到一個Survivor上面，如果Survivor空間不夠用時，就需要老年代進行分配擔保。

在發(fā)生Minor GC之前虛擬機會先檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于新生代對象的總空間。如果這個條件成立，那么Minor GC可以確保是安全的。如果不成立，虛擬機會查看HandlePromotionFailure設(shè)置值是否允許擔保失敗。如果允許，虛擬機會繼續(xù)檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于歷次晉升到老年代的平均年齡(因為事先不知道存活對象的內(nèi)存空間，所以取了平均值)。若果大于，虛擬機會嘗試進行一次Minor GC，但是這次Minor GC存在風險。如果小于，或者HandlePromotionFailure不允許擔保，那這次也要改為Full GC

空間擔保原則：

每次ygc的時候，都會往老年代里放對象。

根據(jù)歷史每次往老年代放的對象大小，根據(jù)一個算法，估算這一次要放對象大小。估算的數(shù)值，小于老年代剩余內(nèi)存，就執(zhí)行ygc。

如果大于老年代剩余空間，放棄本次ygc，直接fgc。

代碼里面顯示調(diào)用

代碼里寫了system.gc或者get run time .gc

fgc特別消耗cpu，盡可能把FGC頻次減少，最起碼要一小時以上

java進程之間以及跟JVM是什么關(guān)系

1.程序的運行是以進程在內(nèi)存中的運行形式體現(xiàn)的。當你啟動一個程序時，系統(tǒng)會調(diào)用其對應進程進入內(nèi)存運行，圖中進程的pid即為進程的唯一標識符。然后進程之間是并發(fā)執(zhí)行的。準確的說，你啟動的是java程序，但系統(tǒng)運行的是進程，因為程序是靜態(tài)的，進程才是動態(tài)的，也就是程序并不會進入內(nèi)存運行，而是其對應進程進入內(nèi)存運行。

2.是公用一個JVM的，這個就類似你電腦自己的操作系統(tǒng)，打開兩個程序肯定是在同一個系統(tǒng)內(nèi)存中運行的，原因就是我問題一中說的進程是并發(fā)執(zhí)行的。

命令行啟動的java程序是共用一個jvm的，啟動一個程序就是在jvm中開啟一個進程，每個進程至少有一個線程，當然可以有多個線程，

線程之間通信比較簡單，就像java書上講的一樣，但進程間的通信復雜點，如管道、內(nèi)存映射、內(nèi)存共享、消息隊列、socket等，你可以簡單理解為兩個進程間沒關(guān)系

2個進程肯定是2個jvm實例

二、監(jiān)控GC命令

1、jstat監(jiān)控Java進程的GC情況

登陸服務器

ssh root@47.95.122.13

查看java進程

ps -ef|grep java

監(jiān)控fgc次數(shù)和時間

jstat -gcutil 22893 2000

jstat  -gcutil  [Java的pid] 2000 20 (間隔2s,總共打印20次)

jstat -gcutil 22278 2000

查看gc的情況（內(nèi)存使用百分比及gc的總時間，gc次數(shù)）

總結(jié)

到此這篇關(guān)于JVM的基本介紹以及垃圾回收的文章就介紹到這了,更多相關(guān)JVM垃圾回收內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！