JVM虚拟机调优实战（1）概念篇

JVM虚拟机

1.jvm是用什么语言编写的

c和c++；

2.JVM是Sun HostSport VM 和BEA JRockit VM 合并版

这就解释了为什么再jdk1.8将java虚拟机永久代改为了元空间，甲骨文收购了Sun HostSport VM 和BEA JRockit VM 两家公司，再甲骨文公司内部这两款虚拟机斗争过程当中，BEA JRockit VM胜利，并且java之父远走甲骨文。

在此解释一下元空间，永久代，方法区的概念：
《Java虚拟机规范》只是规定了有方法区这么个概念和它的作用，没有规定如何去实现它。那么，在不同的 JVM 上方法区的实现肯定是不同的了。同时大多数用的JVM都是Sun公司的HotSpot。在HotSpot上把GC分代收集扩展至方法区，或者说使用永久代（元空间）来实现方法区。因此，我们得到了结论，永久代（元空间）是HotSpot的概念，方法区是Java虚拟机规范中的定义，是一种规范，而永久代(方法区)是一种实现，一个是标准一个是实现。

3.JVM三个主要子系统及作用步骤

类加载器子系统
运行时数据区（内存结构）
执行引擎

作用步骤：第一步将XXX.class文件装载到内存当中去，第二部在将一些对象信息装载到运行时数据去，第三部到执行引擎执行java的程序，这里也就说会产生垃圾收集器收集。

4.JVM简述运行时数据区各部分作用

方法区：线程共享的，是Java 虚拟机规范中定义方法区是堆的一个逻辑部分（内部包含已经被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码）

堆：线程共享的，是用来存放对象的内存空间，几乎所有的对象都存储在堆中。

java栈：线程私有的，描述 Java 方法运行过程的内存模型。内部包含栈帧，栈帧内部包含（局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口信息）

本地方法栈：线程私有的，为 JVM 运行 Native 方法准备的空间，由于很多 Native 方法都是用 C 语言实现的，所以它通常又叫 C 栈。它与 Java 虚拟机栈实现的功能类似，只不过本地方法栈是描述本地方法运行过程的内存模型。在早期java为了适配C语言，c语言再早期比java流行，所以要适配C和C++语言，但现在用的较少。

程序计数器：线程私有的，程序计数器是一块较小的内存空间，是当前线程正在执行的那条字节码指令的地址。若当前线程正在执行的是一个本地方法，那么此时程序计数器为Undefined。作用是（1）字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制。（2）在多线程情况下，程序计数器记录的是当前线程执行的位置，从而当线程切换回来时，就知道上次线程执行到哪了。

4.JVM简述运行时数据区的Java栈

栈模型及其作用：

在这里插入图片描述

注意：JVM会给一个线程的每一方法分配一个栈帧

举例（通过例子了解整个java栈的运行过程）：

（1）java示例代码：


public class Math  {
    
    


    public int math(){
    
    
        int a =1;
        int b=2;
        int c=a+b;
        return c;
    }

    public static void main(String[] args) {
    
    
        Math math = new Math();
        System.out.println(math.math());
    }
}

（2）进行编译javac命令，得到字节码文件
（3）使用javap命令对.class文件进行反汇编，这样我们才能读懂jvm堆内存执行的命令

javap -c Math.class > Math.txt

这样就得到反汇编后得到的文件

Compiled from "Math.java"
public class Math {
    
    
  public Math();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public int math();
    Code:
       0: iconst_1
       1: istore_1
       2: iconst_2
       3: istore_2
       4: iload_1
       5: iload_2
       6: iadd
       7: istore_3
       8: iload_3
       9: ireturn

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: new           #2                  // class Math
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method "<init>":()V
       7: astore_1
       8: getstatic     #4                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      11: aload_1
      12: invokevirtual #5                  // Method math:()I
      15: invokevirtual #6                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
      18: return
}

（4）读懂这些指令文件，这里要使用jvm指令集
在这里插入图片描述
（5）解析形成的指令文件Math.txt

首先会发现JVM先走了math()方法，math()第一个指令为0: iconst_1（指令可以对照上边指令集），0: iconst_1意思是常量值会先压入操作数栈的栈顶。如图：
1: istore_1指令是指将操作数栈的1出栈，然后1这个值进局部变量表并赋值给变量a。如图：
3.2: iconst_2 3: istore_2做步骤一和步骤二相同原理、如图：

4.4: iload_1，该指令意思是将例如a=1,也就是第一个值，从局部变量表中拿出来，再压入到操作数栈（5: iload_2同理）：在这里插入图片描述

5.6: iadd将操作数栈栈顶的两个数相加，再将结果压入到栈顶在这里插入图片描述
6.7: istore_3 8: iload_3 9: ireturn就是将3这个值出栈再放到变量表并复制给c,并将结果给返回

总结栈帧各部分：
   局部变量表：存放方法的一些局部变量。
   操作数栈：存放临时的一些用于操作的数；
   动态链路：例如main()方法中存放着这局部变量Math,而Math引用着元空间的示例。而这个引用就是动态链路。如图:
在这里插入图片描述

方法出口：记录下一个方法的执行位置，和程序计数器的数字；

5.JVM简述运行时数据区的方法区

解释：线程共享的，存放的是类的的所有字段和方法字节码，简单来说，所有定义方法的信息都存到该区域（静态变量+常量+类信息（构造方法+接口定义）+运行时常量池），别名Non-Heap(非堆)

6.JVM简述运行时数据区的堆

堆：在这里插入图片描述
堆垃圾回收：垃圾回收首先会先从新生代的Eden区回收（这里是YGC），回收没有引用的对象，如果垃圾回收完Eden区，存活的对象会先放到Surivior space 存活区的From区，再一次垃圾回收（YGC）的时候，会回收Eden和From区没有引用的对象，如果垃圾回收完Eden区和From区，存活的对象会先放到Surivior space 存活区的To区,这次垃圾回收完毕后，原先的From区转化为To区，To区转换为From区，再下一次回收的时候，就会从原来的To区（其实就是现在转换好的From区）和Eden区再次回收，这样重复15次，如果对象还在存活，那么就放入老年代，如果老年代也超出了预先再配置文件中设置的阈值，那么就会好触发Full GC,Full GC的触发就会影响整个服务，导致服务的瘫痪，所以调优一般调优的是Full GC。

7.JVM类加载子系统

1.类加载过程
在这里插入图片描述

类加载：类加载器将class文件加载到虚拟机的内存
   加载：在硬盘上查找并通过IO读入字节码文件
   连接：执行校验、准备、解析（可选）步骤
   校验：校验字节码文件的正确性
   准备：给类的静态变量分配内存，并赋予默认值
   解析：类装载器装入类所引用的其他所有类
   初始化：对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块

2.类加载器种类

   启动类加载器：负责加载JRE的核心类库，如jre目标下的rt.jar,charsets.jar等
   扩展类加载器：负责加载JRE扩展目录ext中JAR类包
   系统类加载器：负责加载ClassPath路径下的类包（加载自己的程序）
   用户自定义加载器：负责加载用户自定义路径下的类包

3.类加载机制（两种）
全盘负责委托机制：当一个ClassLoader加载一个类时，除非显示的使用另一个ClassLoader，该类所依赖和引用的类也由这个ClassLoader载入(不常用），实例如图：
在这里插入图片描述

双亲委派机制：指先委托父类加载器寻找目标类，在找不到的情况下在自己的路径中查找并载入目标类
在这里插入图片描述
4.双亲委派模式优势

沙箱安全机制：自己写的String.class类不会被加载，这样便可以防止核心API库被随意篡改。首先String类属于引导类记载器加载的类，如果自己写的String.class被加载的话，那么这个类会被随意的修改，暴露安全隐患。双亲委派机制就会避免这种情况的发生，因为自己写的String类不会被加载，而被引导类加载器加载，这样就避免了自己写的String被加载。

避免类的重复加载：当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次

5.JVM加载jar包是否会将包里的所有类全部加载进内存？

不会，JVM对class文件是按需加载(运行期间动态加载)，非一次性加载。