高级Java知识
高级Java知识(JVM、字节码、内存模型)
内存=方法区+栈空间+堆+程序计数器
栈(stack)包括虚拟机栈(VM stack)和本地方法栈(native method stack)。
方法区(method area)内放置 类信息(Class)、常量、静态变量、JIT编译后代码。
运行时常量池是方法区的一部分。
Class文件有一个常量池(Constant Pool Table),属于Class的一部分。
运行时常量池(Runtime Constant Pool)属于method area的一部分。
线程请求的栈容量大于VM允许的最大容量将引发StackOverflowError。
JVM规范允许虚拟机栈(如Hotspot虚拟机允许本地方法栈归入VM栈)动态扩展,若果在扩展时申请不到更多的内存,将引发OutOfMemoryError。
堆上申请不到更多内存将引发OOM error。
运行时常量池申请不到更多内存将引发OOM Error。
直接内存(Direct Memory)?也可能导致OOM。
new 过程: 寻找new 参数(需要被new的类)是否在常量池中、是否被加载、解析、初始化。
指针碰撞(bump the pointer)是认为内存是规整的,使用过的内存存在于(逻辑)连续的空间,用一个指针分割可用内存和已使用内存。
空闲列表(free list)是用列表记录空闲内存块。
对象头信息(object header)主要分两部分,一是类元数据指针(如果栈上reference通过句柄定位对象和类型数据,则没有类元指针),另一部分是对象hash、gc分代年龄、锁等自身运行时信息,如果是数组,还有数组大小信息。
分配内存、设置object header,初始化对象方法
对象在内存中分3块区域:object header, instance data, padding.
栈上reference定位对象有两种方式,一是句柄,二是直接指针。句柄是一种间接指针,该reference指向堆中句柄池中的一个句柄,句柄中存放对象实例数据指针和类型数据指针。直接指针则存放了包含类元数据指针的对象数据指针。
句柄定位方式优势在于对象在内存中被移动时(GC时被移动是很普遍的)栈上reference保持不变。直接指针优势是访问快。Sun HotSpot VM采用后者定位方式。
JVM参数:
- -Xss:栈大小
- -Xoss: native method stack,对Hotspot VM无效(其不区分vm stack、native method stack)
- -Xmx:堆最大内存量 -Xms:堆最小内存量
- -XX:PermSize=10M 永久代(位于方法区中)大小
- -XX:MaxPermSize=10M 永久代最大容量
jdk 1.7逐步去“永久代”,1.8完全去除。上述vm参数无效。
jvm运行时检测到的经常被抛出的jdk内置异常(NPE),可在其被抛出一定次数后优化其stacktrace为空,通过jvm开关OmitStackTraceInFastThrow设置。 - -XX:+OmitStackTraceInFastThrow 打开优化。
- -XX:-OmitStackTraceInFastThrow 关闭优化。
- -verbose:class -XX:+TraceClassLoading
- -XX:+TraceClassUnLoading关于类加载、卸载信息的vm参数。
运行时JVM会对经常被抛出的JRE预定义异常进行输出优化——将其stacktrace置为空,减少性能损失,所以可能看到一个异常(如NPE)被抛出,但其堆栈信息为空。
引用计数算法无法解决循环引用问题,objA.x=objB; objB.y=objA;objA=null;objB=null; 由于相互引用导致两个计数都不为0,但实际两个都应该被GC。
可达性分析GC策略:能通过GC roots可达的对象是存活对象。
GC Roots包括以下对象:
- VM栈(栈帧中本地变量表)中的引用对象
- 方法区中静态对象
- native方法中引用的对象
引用:强引用(Strong)、软引用(soft)、弱引用(weak)、虚引用(phantom)。强度依次减弱。
软引用:还有用但并非必需。在内存不够用(将要溢出前)才会回收这些引用。
弱引用:弱引用不影响GC,但对象只有弱引用时会被正常GC。
虚引用:完全不影响GC,唯一目的是在此对象被GC时能收到一条系统通知。
GC:GC roots不可达且有必要执行finalize()方法(对象重写了finalize且没有被vm调用过) -> 第一次标记,并放到F-Quene -> 低优先级执行F-Quene中对象的finalize(但不保证执行完该方法因其运行慢或死循环) -> finalize期间对象没有将this指向其他gc roots可达对象的字段:回收;否则不回收。
注:任一对象的finalize只被执行一次,即使再次面对GC。遵从建议:让我们忘了这个方法吧。
方法区的回收是针对无用常量和类。
GC算法:
- Mark-sweep 标记清除。标记需要回收的对象,标记完后同意清除。不足:标记和清除效率都不高;清除后产生大量零碎、不连续内存空间。
- copying 复制。 Eden空间+两块Survivor空间。Eden:Survivor=8:1,回收eden,将其中存活对象复制到survivor空间,清除eden。缺点:如果对象存活率高,则导致过多复制而降低gc性能;由于10%的survivor空间不能保证一定能容纳所有存活对象,需要额外空间保证。
- mark-compact 标记-整理。老年代中对象存活率很高,复制算法导致过多复制以及额外空间。标记-整理算法在gc时将存活对象整理到内存空间的一端连续存放,直接清理另一端内存。
- Generational Collection 分代收集。将内存分为新生代和老年代,根据特点使用copying、mark-sweep/mark-compact算法。
GC器:
- serial。 单线程,新生代用copying、老年代用mark-compact算法,准备收集时会“stop the world”。
- ParNew。serial的多线程版
- Parallel Scavenge。新生代收集器。关注点是可控的吞吐量(user-time / (user-time + gc-time)),而CMS等GC器关注GC时导致的停顿时间。该GC器可自适应调节新生代大小(—Xmn)、eden与survivor比例(_XX:SurvivorRatio)、晋升老年代年龄(-XX:PretenureSizeThreshold)。
- Serial Old。Serial的老年代版本。
- Parallel Old。Parallel Scavenge的老年代版本,使用mark-compact算法。
- CMS(Concurrent Mark Sweep)。并发GC、低停顿时间。 a. 初始标记(gc roots直接关联的对象,stop the world) b. 并发标记(gc roots tracing,与用户线程同时工作) c. 重新标记(并发标记期间产生的变动,stop the world) d. 并发清除。
- G1(Garbage First)。优点:a. 并行、并发;b. 分代收集;c. 内存碎片整理;d. 可控的停顿时间。思想:内存分为大小相同的若干region,优先回收价值(获得的内存空间/所需时间)大的garbage。
JVM工具
jps -l
显示jvm进程信息
jstack
[-F 强制输出堆栈; -l 锁信息; -m native方法堆栈] pid
VisualVM(jvisualvm): btrace插件,热机跟踪。jvisualvm在jdk9+后不再默认提供。
(hotspot)JVM引擎会复用局部变量表slot,对GC影响的例子如下:
// VM参数: -verbose:gc
void main(){
{
byte[] mem=new byte[64*1024*1024];
}
// int a=0; 无此代码行时尽管mem已不能被访问,但不会被回收,当启用此代码时由于再次访问了局部变量表,将导致$mem的内存被回收
System.gc();
}
方法正常完成退出、方法异常完成退出。后者需要异常处理器表帮助方法返回、继续执行程序。
字节码指令集
invokestatic: 调用静态方法
invokespecial: , private, 父类方法。
invokevirtual: 虚方法(除被invokestatic, invokespecial指令调用的方法即static, , private, 父类方法的方法)及final方法。
invokeinterface:
invokedynamic:
非虚方法(static、、private、父类方法、final方法)在类加载时即可被解析为直接引用。final非虚方法由invokevirtual指令调用。
java是静态多分派、动态单分派的语言。
类加载
编译器会为类生成方法,接口的只有在常量初始化时才会被生成。
类执行前一定先执行父类,不会执行类接口的。
类只会被初始化一次,类中(静态初始化过程中)应避免过长的执行时间,否则会导致阻塞与此类有关其他线程。
类的Class依赖于类加载器,不同类加载器加载同一份类字节码得到的Class一定不一样。两个类的“相等”比较只有在类被同一个加载器加载的情况下有意义(否则一定不相等),这里的相等包括,Class<?>.equals, isAssignableFrom, inInstance, instanceof。
boostrap classloader <- ext classloader <- application classloader(system classloader) <- user classloader
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