JVM入门（上）

面试常见：

请你谈谈你对JVM的理解?
java8虚拟机和之前的变化更新?
什么是OOM，什么是栈溢出StackOverFlowError? 怎么分析?
JVM的常用调优参数有哪些?
内存快照如何抓取？怎么分析Dump文件？
谈谈JVM中，类加载器你的认识？

1、JVM的位置

在这里插入图片描述

三种JVM:

Sun公司：HotSpot 用的最多
BEA：JRockit
IBM：J9VM

2、JVM的体系结构

在这里插入图片描述

JVM调优：99%都是在方法区和堆，大部分是在调堆。 JNI（java native interface）本地方法接口。

JVM架构图

在这里插入图片描述

3、类加载器

作用：加载Class文件——例如：new Student()；（具体实例在堆里，引用变量名在栈里，栈里存地址指向堆）

类加载到JVM的基本结构图

在这里插入图片描述

类是模板，对象是具体的，通过new来实例化对象。car1，car2，car3，名字在栈里面，真正的实例，具体的数据在堆里面，栈只是引用地址。
类是模板，只有一份，实例可以有多个

虚拟机自带的加载器
启动类（根）加载器
扩展类加载器
应用程序加载器

示例

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-10-20 14:59
 */
public class Car {
    
    


    public static void main(String[] args) {
    
    
        Car car1 = new Car();
        Car car2 = new Car();
        Car car3 = new Car();

        System.out.println("==================实例====================");
        System.out.println(car1.hashCode());
        System.out.println(car2.hashCode());
        System.out.println(car3.hashCode());

        System.out.println("==================Class====================");
        System.out.println(car1.getClass().hashCode());
        System.out.println(car2.getClass().hashCode());
        System.out.println(car3.getClass().hashCode());
    }
}

在这里插入图片描述

查看类加载器

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-10-20 14:59
 */
public class Car {
    
    


    public static void main(String[] args) {
    
    
        Car car1 = new Car();
        Class<? extends Car> aClass = car1.getClass();
        ClassLoader classLoader = aClass.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);   // AppClassLoader
        System.out.println(classLoader.getParent()); // ExtClassLoader    ---->  /jre/lib/ext
        System.out.println(classLoader.getParent().getParent()); // null 1、不存在  2、Java程序获取不到 ----> rt.jar
    }
}

在这里插入图片描述

类加载器的分类：（由上至下）

Bootstrap ClassLoader 启动类加载器（根加载器）
- 主要负责加载Java核心类库，%JRE_HOME%\lib下的rt.jar、resources.jar、charsets.jar和class等
Extention ClassLoader 标准扩展类加载器
- 主要负责加载目录%JRE_HOME%\lib\ext目录下的jar包和class文件
Application ClassLoader 应用类加载器
- 主要负责加载当前应用的classpath下的所有类
User ClassLoader 用户自定义类加载器
- 用户自定义的类加载器,可加载指定路径的class文件

4、双亲委派机制

案例引入

创建package => java.lang

创建类String

package java.lang;

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-10-20 15:40
 */
public class String {
    
    
    public String toString() {
    
    
        return "Hello";
    }
    public static void main(String[] args) {
    
    
        String s = new String();
//        System.out.println(s.getClass());
        s.toString();
    }
}

在这里插入图片描述

可是我们明明创建了java.lang.String，且里面有Main方法

导致原因：双亲委派机制

案例解释：在运行一个类之前，首先会在应用程序加载器(APP)中找，如果APP中有这个类，继续向上在扩展类加载器EXC中找，然后再向上，在启动类( 根 )加载器BOOT中找。如果在BOOT中有这个类的话，最终执行的就是根加载器中的。如果BOOT中没有的话，就会倒着找往回找。运行案例时，需要加载java.lang.String.Class，它会把这个任务委托给他的上级类加载器，结果在根加载器有这个Class，所以就加载了根加载器的String.class，而这个String的并不是我们自己写的String，所以里面没有Main方法

案例过程总结

类加载器收到类加载的请求
将这个请求向上委托给父类加载器去完成，一直向上委托，直到启动类加载器
启动类加载器检查是否能够加载当前这个类，能加载就结束，使用当前的加载器，否则，抛出异常，一层一层向下，通知子加载器进行加载
重复步骤3

双亲委派机制概述

当某个类加载器需要加载某个.class文件时，它首先把这个任务委托给他的上级类加载器，递归这个操作，如果上级的类加载器没有加载，自己才会去加载这个类

加载流程

在这里插入图片描述

双亲委派机制作用

防止重复加载同一个.class。通过委托去向上面问一问，加载过了，就不用再加载一遍。保证数据安全。
保证核心.class不能被篡改。通过委托方式，不会去篡改核心.class，即使篡改也不会去加载，即使加载也不会是同一个.class对象了。不同的加载器加载同一个.class也不是同一个Class对象。这样保证了Class执行安全。

例如：如果有人想替换系统级别的类：String.java。篡改它的实现，在这种机制下这些系统的类已经被Bootstrap classLoader加载过了（为什么？因为当一个类需要加载的时候，最先去尝试加载的就是BootstrapClassLoader），所以其他类加载器并没有机会再去加载，从一定程度上防止了危险代码的植入。

双亲委派机制详情（面试问题）

面试官：java双亲委派机制及作用

5、沙箱安全机制

Java安全模型的核心就是Java沙箱(sandbox)，什么是沙箱？沙箱是一个限制程序运行的环境。沙箱机制就是将Java代码限定在虚拟机(JVM)特定的运行范围中，并且严格限制代码对本地系统资源访问，通过这样的措施来保证对代码的有效隔离，防止对本地系统造成破坏。沙箱主要限制系统资源访问，那系统资源包括什么?CPU、内存、文件系统、网络。不同级别的沙箱对这些资源访问的限制也可以不一样。

所有的Java程序运行都可以指定沙箱，可以定制安全策略。

组成沙箱的基本组件:

字节码校验器(bytecode verifier)︰确保Java类文件遵循lava语言规范。这样可以帮助lava程序实现内存保护。但并不是所有的类文件都会经过字节码校验，比如核心类。
类装载器(class loader) ：其中类装载器在3个方面对Java沙箱起作用：
- 它防止恶意代码去干涉善意的代码;
- 它守护了被信任的类库边界;
- 它将代码归入保护域，确定了代码可以进行哪些操作。

虚拟机为不同的类加载器载入的类提供不同的命名空间，命名空间由一系列唯一的名称组成，每一个被装载的类将有一个名字，这个命名空间是由Java虚拟机为每一个类装载器维护的，它们互相之间甚至不可见。

类装载器采用的机制是双亲委派模式。

1.从最内层VM自带类加载器开始加载，外层恶意同名类得不到加载从而无法使用;

2.由于严格通过包来区分了访问域，外层恶意的类通过内置代码也无法获得权限访问到内层类，破坏代码就自然无法生效。

存取控制器(access controller)︰存取控制器可以控制核心API对操作系统的存取权限，而这个控制的策略设定，可以由用户指定。
安全管理器(security manager)︰是核心API和操作系统之间的主要接口。实现权限控制，比存取控制器优先级高。
安全软件包(security package) : java.security下的类和扩展包下的类，允许用户为自己的应用增加新的安全特性，包括:
- 安全提供者
- 消息摘要
- 数字签名
- 加密
- 鉴别

6、Native

凡是带了native关键字的，说明 java的作用范围达不到，去调用底层C/C++语言的库！
JNI：Java Native Interface（Java本地方法接口）
凡是带了native关键字的方法就会进入本地方法栈；
- Native Method Stack 本地方法栈
本地接口的作用是融合不同的编程语言为Java所用，它的初衷是融合C/C++程序，Java在诞生的时候是C/C++横行的时候，想要立足，必须有调用C、C++的程序，于是就在内存中专门开辟了一块区域处理标记为native的代码，它的具体做法是在 Native Method Stack 中登记native方法，在 ( ExecutionEngine ) 执行引擎执行的时候加载Native Libraies。
目前该方法使用的越来越少了，除非是与硬件有关的应用，比如通过Java程序驱动打印机或者Java系统管理生产设备，在企业级应用中已经比较少见。因为现在的异构领域间通信很发达，比如可以使用Socket通信，也可以使用Web Service等等，不多做介绍！

举例：Thread类中的start() 方法中调用一个start0()的native方法。

7、PC寄存器

程序计数器：Program Counter Register

每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码(用来存储指向像一条指令的地址，也即将要执行的指令代码)，在执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计。如果正在执行的是Native方法，这个计数器值则为空（Unfined）
此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定仍和OOM情况的区域

8、方法区

Method Area 方法区

方法区是被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法，如构造函数，接口代码也在此定义，简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区域属于共享区间;
静态变量、常量、类信息(构造方法、接口定义)、运行时的常量池存在方法区中，但是实例变量存在堆内存中，和方法区无关
static ，final ，Class ，常量池~

案例图解

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-10-21 11:23
 */
public class TestMethod {
    
    
    private String name = "cvzhanshi";
    private int age;

    public static void main(String[] args) {
    
    
        
    }
}

在这里插入图片描述

9、栈

栈：后进先出 / 先进后出
队列：先进先出（FIFO : First Input First Output）

喝多了吐就是栈，吃多了拉就是队列

图解，为什么main先执行，最后结束~

在这里插入图片描述

栈概述

栈也叫栈内存，主管Java程序的运行，是在线程创建时创建，它的生命期是跟随线程的生命期，线程结束栈内存也就释放。
对于栈来说不存在垃圾回收问题，只要线程一旦结束，该栈就Over，生命周期和线程一致，是线程私有的。

方法自己调自己就会导致栈溢出（递归死循环测试）。

/**
 * @author cVzhanshi
 * @create 2021-10-21 11:23
 */
public class TestMethod {
      
      
    private String name = "cvzhanshi";
    private int age;

    public static void main(String[] args) {
      
      
        new TestMethod().a();
    }

    public void a(){
      
      
        test();
    }
    public void test(){
      
      
        a();
    }
}