JVM（Java Virtual Machine）

面试问题 

请谈谈你对JVM的理解?java8版有什么了解？
谈谈JVM中你对ClassLoader类加载器的认识？
什么是OOM？写代码使得分别出现StackOverflowError和OutOfMemoryError
JVM的常用参数调优你了解吗？
内存快照抓取和MAT分析hprof文件干过吗？ 

1）StackOverflowError和 OutofMemoryError，谈谈你的理解

2）一般什么时候会发生GC？如何处理？

答：Java中的GC会有两种回收：年轻代的 Minor GC，另外一个就是老年代的Full GC；新对象创建时如果伊甸园空间不足会触发 Minor GC，如果此时老年代的内存空间不足会触发Full GC，如果空间都不足抛出 OutOfMemoryError。

3）GC回收策略，谈谈你的理解

答:

年轻代（伊甸园区+两个幸存区），GC回收策略为“复制”；

老年代的保存空间一般较大，GC回收策略为“整理-压缩”

！栈管运行，堆管存储 

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JVM体系结构概述 

三种JWM

1. Sun公司的 Hotspot （oracle 收购）
2. BEA公司的 JRockit（oracle 收购）
3. IBM公司的J9 VM

 

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 JVM位置

JVM

JVM是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互 

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JVM体系结构概览

1. Class Loader类加载器
2. Execution Engine执行引擎负责解释命令，提交操作系统执行
3. Native Interface本地接口
4. Runtime data area运行数据区 

类装载器

类装载器ClassLoader

负责加载class文件，class文件在文件开头有特定的文件标示，并且ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定。

类装载器ClassLoader2

虚拟机自带的加载器。

• 启动类加载器（Bootstrap）C++  (...\jre\lib\rt.jar)
• 扩展类加载器（Extension）Java
• 应用程序类加载器（App）Java
• 也叫系统类加载器，加载当前应用的classpath的所有类

用户自定义加载器  

• Java.lang.ClassLoader的子类，用户可以定制类的加载方式

import org.junit.Test;
public class Main {
    @Test
    public void test3() {
     var obj = new Object();
     System.out.println("启动类加载器 "+obj.getClass().getClassLoader());//null
     System.out.println();

     var test = new Main();
     System.out.println("应用程序类加载器（App） "+test.getClass().getClassLoader());//jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader@2437c6dc
    }
}

案例二：

打包 MyHello.java

package com.atguigu.hello;
public class MyHello {
   public static void main(String[] args){
   }
}

 把刚刚打包的 aaa.jar 放入java里面的拓展文件里面  ...\jre\lib\rt.jar

 删除创建的 MyHello.java  文件

我现在是重拓展包加载获取 MyHello

package com.atguigu.test;
public class test01 {
	public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
		Object obj = new Object();
		System.out.println("***:"+obj.getClass().getClassLoader());
		System.out.println();
		
		Class clazz = Class.forName("com.atguigu.hello.MyHello");
		System.out.println("***:"+clazz.getClassLoader());
		System.out.println();
		
		test01 test = new test01();
		System.out.println("***:"+test.getClass().getClassLoader());
	}
}

三个加载器都有体现 

***:null

***:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@3d4eac69

***:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@2a139a55

 注意：aaa.jar  一定要移动到，你创建的项目所用的那个 jdk， 启动类加载器 返回的都是 null。

案例三：

 如何体现继承关系

package com.atguigu.test;
public class test01 {
	public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
		test01 test = new test01();
		System.out.println("***:"+test.getClass().getClassLoader());
	
		System.out.println("***parent:"+test.getClass().getClassLoader().getParent());
		System.out.println("***parent parent:"+test.getClass().getClassLoader().getParent().getParent());
	}
}

***:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@2a139a55
***parent:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@3d4eac69
***parent parent:null

类装载器ClassLoader3

 

 •Code案例

•sun.misc.Launcher

它是一个java虚拟机的入口应用

某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。（双亲委派机制 + 沙箱机制（防止恶意代码对 java 的破坏））

 创建一个 java自带的 String 一样的类

package java.lang;
public class String {
	public static void main(String[] args) {		
	}
}

 

 执行：

错误: 在类 java.lang.String 中找不到 main 方法, 请将 main 方法定义为:
   public static void main(String[] args)
否则 JavaFX 应用程序类必须扩展javafx.application.Application

 分析：java.lang.String jdk 自身就带了一个，根据类加载机制，它首先加载的是 java 自带的 java.lang.String，而不是我写的这个，这样保证了 java 源代码的安全，保证了程序的健壮性。

Execution Engine执行引擎负责解释命令，提交操作系统执行。  

Native Interface本地接口

Java语言本身不能对操作系统底层进行访问和操作，但是可以通过JNI接口调用其他语言来实现对底层的访问。 

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诞生的时候是C/C++横行的时候，要想立足，必须有调用C/C++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Native Method Stack中登记Native方法，在Execution Engine 执行时加载Native libraries。

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的通信很发达，比如可以使用Socket通信，也可以使用WebService等等，不多做介绍。

native 本地方法，是放在本地方法栈里面的，而我们平时说的栈是虚拟机栈（Persion p = new Persion() ）。 

Native Method Stack

 它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine执行时加载本地方法库。

 PC寄存器

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（用来存储指向下一条指令的地址,也即将要执行的指令代码），由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不记。

栈

Stack栈是什么 

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，只要线程一结束该栈就Over，生命周期和线程一致，是线程私有的。基本类型的变量、实例方法、引用类型变量都是在函数的栈内存中分配。

栈存储什么？

栈帧中主要保存3类数据：（栈帧就是栈中保存的方法）

1. 本地变量（Local Variables）：输入参数和输出参数以及方法内的变量
2. 栈操作（Operand Stack）：记录出栈、入栈的操作
3. 栈帧数据（Frame Data）：包括类文件、方法等等

栈运行原理：

栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，是一个有关方法（Method)和运行期数据的数据集，当一个方法A被调用时就产生了一个栈帧F1，并被压入到栈中，

A方法又调用了B方法，于是产生栈帧F2也被压入栈，
B方法又调用了C方法，于是产生栈帧F3也被压入栈，
........

执行完毕后，先弹F3栈帧，再弹出F2栈帧，再弹出F1栈帧…

遵循“先进后出”/“后进先出”原则。

 

 

public class StackDemo {
	public static void sayHello() {
		sayHello();
	}
	public static void main(String[] args) {
		sayHello();
	}
}

 Exception in  ——thread "main" java.lang.StackOverflowError

方法区 

1：方法区是线程共享的，通常用来保存装载的类的元结构信息。

比如：运行时常量池+静态变量+常量+字段+方法字节码+在类/实例/接口初始化用到的特殊方法等。

2：通常和永久区关联在一起(Java7之前)，但具体的跟JVM的实现和版本有关。

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堆体系结构概述

Heap堆(Java7之前)

一个JVM实例只存在一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的。类加载器读取了类文件后，需要把类、方法、常变量放到堆内存中，保存所有引用类型的真实信息，以方便执行器执行。

堆内存逻辑上分为三部分：新生+养老+永久

新生区

新生区是类的诞生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命。新生区又分为两部分： 伊甸区（Eden space）和幸存者区（Survivor pace） ，所有的类都是在伊甸区被new出来的。幸存区有两个： 0区（Survivor 0 space）和1区（Survivor 1 space）。当伊甸园的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收(Minor GC)，将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存0区.若幸存0区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到1区。那如果1区也满了呢？再移动到养老区。若养老区也满了，那么这个时候将产生MajorGC（FullGC），进行养老区的内存清理。若养老区执行了Full GC之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常“OutOfMemoryError”。

养老区

养老区用于保存从新生区筛选出来的 JAVA 对象，一般池对象都在这个区域活跃。 

永久区

永久存储区是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身所携带的Class，Interface 的元数据，也就是说它存储的是运行环境必须的类信息，被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，关闭 JVM 才会释放此区域所占用的内存

如果出现 java.Lang.OutofMemoryerror：PermGen space，说明是Java虚拟机对永久代Perm内存设置不够。一般出现这种情况，都是程序启动需要加载大量的第三方jar包。例如：在一个 Tomcat下部署了太多的应用。或者大量动态反射生成的类不断被加载，最终导致Perm区被占满。

 

• Jdk1.6及之前：           有永久代，常量池1.6在方法区
• Jdk1.7：                      有永久代，但已经逐步“去永久代”，常量池1.7在堆
• Jdk1.8及之后：           无永久代，常量池1.8在元空间

注：谁是空的谁就是 1区，(1，0)直接交换

如果出现java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space异常，说明Java虚拟机的堆内存不够。原因有二：

（1）Java虚拟机的堆内存设置不够，可以通过参数-Xms、-Xmx来调整。

（2）代码中创建了大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）。

注释： -Xms、 -X 固定写法，m，单位 M s start 开始，-Xmx x max 最大

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程序内存划分小总结 

 String 是在字符串常量池里面，6的这个常量池在方法区，7在堆中，8在元空间。

实际而言，方法区（Method area）和堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储虚拟机加载的：类信息+普通常量+静态常量+编译器编译后的代码等等，虽然 JVM 规范将方法区描述为堆的一个逻辑部分，但它却还有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的就是要和堆分开。（理解：虽然我们从小受到的教育规范，将台湾描述为中国的一个逻辑部分，但台湾还有个别名——中华民国，目的就是要和中国大陆分开）

对于 Hotspot 虚拟机，很多开发者习惯将方法区称之为 “永久代(Parmanent Gen)”，但严格本质上说两者不同，或者说使用永久代来实现方法区而已，永久代是方法区（相当于是一个接口 interface）的一个实现，jdk1.7的版本中，已经将原本放在永久代的字符串常量池移走。

常量池（Constant Pool）是方法区的一部分，Class 文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息就是常量池，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

 java7 及以前：

 

永久代（实现类 ArrayList） ，实现了 方法区（接口 List） 。

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 堆参数调优入门

所谓的优化是优化共有的，私有的方法不用优化，也优化不了。

 Java7

 逻辑上有三块构成 新生 + 养老 + 永久 ，但是实际上只有两块 新生 + 养老。永久又被称为非堆内存（java8的元空间也是一个道理）

Java8

1. JDK 1.8之后将最初的永久代取消了，由元空间取代
2. 目的：将 HotSpot与 JRockitl两个虚拟机标准二合一，诞生了新的 java 规范（oracle版的java8）

 

注意：真正的堆内存，实际上只有前两部分构成，并不包含第三部分，第三部分（java7以前的 永久区， java8 的元空间 ）只是一个逻辑包含。 

 堆内存调优

 •（堆内存调优简介01）

public static void main(String[] args) {
	long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() ;//返回 Java 虚拟机试图使用的最大内存量。
	long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() ;//返回 Java 虚拟机中的内存总量。
	System.out.println("MAX_MEMORY = " + maxMemory + "（字节）、" + (maxMemory / (double)1024 / 1024) + "MB");
	System.out.println("TOTAL_MEMORY = " + totalMemory + "（字节）、" + (totalMemory / (double)1024 / 1024) + "MB");  

}

//1GB=1024MB  1MB=1024KB 

注释： -Xms、 -X 固定写法，m，单位 M s start 开始，-Xmx x max 最大

•（堆内存调优简介02）

发现默认的情况下分配的内存是总内存的“1 / 4”、而初始化的内存为“1 / 64”

 演示 （8G 内存）： 

MAX_MEMORY = 2118123520（字节）、2020.0MB
TOTAL_MEMORY = 134217728（字节）、128.0MB

2020.0MB * 4 = 8080 约等于 8 * 1024 = 8192

 VM参数：  -Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails

都设置成 1G 的大小 

MAX_MEMORY = 1029177344（字节）、981.5MB
TOTAL_MEMORY = 1029177344（字节）、981.5MB
Heap
 PSYoungGen      total 305664K, used 15729K [0x00000000eab00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 262144K, 6% used [0x00000000eab00000,0x00000000eba5c420,0x00000000fab00000)
  from space 43520K, 0% used [0x00000000fd580000,0x00000000fd580000,0x0000000100000000)
  to   space 43520K, 0% used [0x00000000fab00000,0x00000000fab00000,0x00000000fd580000)
 ParOldGen       total 699392K, used 0K [0x00000000c0000000, 0x00000000eab00000, 0x00000000eab00000)
  object space 699392K, 0% used [0x00000000c0000000,0x00000000c0000000,0x00000000eab00000)
 Metaspace       used 2749K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 302K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K 

验证：（305664K（新生去） + 699392K（养老区））/1024  = 981.5MB

 •（堆内存调优简介03）此图为java7，上面演示为8

 •（堆内存调优简介04）

自动触发垃圾回收 

String str = "www.***.com" ;
while(true) 
{
str += str + new Random().nextInt(88888888) + new Random().nextInt(999999999) ;//字符串很少重复 不断地填充堆空间
}

 调小堆内存，方便演示：

VM参数：-Xms8m -Xmx8m -XX:+PrintGCDetails

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1444K->510K(2048K)] 1444K->1038K(7680K), 0.0011469 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1640K->504K(2048K)] 2168K->1731K(7680K), 0.0008227 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 1414K->0K(2048K)] [ParOldGen: 5627K->3179K(5632K)] 7041K->3179K(7680K), [Metaspace: 2704K->2704K(1056768K)], 0.0057323 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->32K(2048K)] 4938K->4970K(7680K), 0.0005466 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 32K->0K(2048K)] [ParOldGen: 4938K->2297K(5632K)] 4970K->2297K(7680K), [Metaspace: 2704K->2704K(1056768K)], 0.0059569 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 30K->0K(2048K)] 4087K->4057K(7680K), 0.0004661 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2048K)] 4057K->4057K(7680K), 0.0003690 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2048K)] [ParOldGen: 4057K->4057K(5632K)] 4057K->4057K(7680K), [Metaspace: 2704K->2704K(1056768K)], 0.0021665 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2048K)] 4057K->4057K(7680K), 0.0003964 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2048K)] [ParOldGen: 4057K->4043K(5632K)] 4057K->4043K(7680K), [Metaspace: 2704K->2704K(1056768K)], 0.0070502 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at java.util.Arrays.copyOf(Unknown Source)
    at java.lang.AbstractStringBuilder.ensureCapacityInternal(Unknown Source)
    at java.lang.AbstractStringBuilder.append(Unknown Source)
    at java.lang.StringBuilder.append(Unknown Source)
    at com.atguigu.test.Test02.main(Test02.java:9) 

养老区才会报，OutOfMemoryError

 eclipse MAT 插件分析内存泄漏：

官网下载插件： 

安装： https://download.eclipse.org/mat/1.8.1/update-site/

 

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

OOM时导出堆到hprof文件。

-Xms1m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Test03 {
	byte[] byteArray = new byte[1*1024*1024];//1MB
	public static void main(String[] args) {
		List<Test03> list = new ArrayList<>();
		try {
			for(int i = 1; i <= 40; i++) {
				list.add(new Test03());
			}
		}catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}

	}
}

 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid16188.hprof ...
Heap dump file created [6488096 bytes in 0.010 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at com.atguigu.test.Test03.<init>(Test03.java:7)
    at com.atguigu.test.Test03.main(Test03.java:12)

刷新工程， 找到内存快照文件：

打开： 

 

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