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8【JVM大全详解】

作为 Java 的从业者,在找工作的时候,一定会被问及关于 JVM 相关的知识。JVM 知识的掌握程度,在很多面试官眼里是候选人技术深度的一个重要评判标准。而大多数人可能没有对 JVM 的实际开发和使用经验,接下来这一系列文章将带你深入了解 JVM 需要掌握的各个知识点。这也将帮助你完成从初级程序员到高级程序员的转变。

由于文章篇幅原因,文末有答案和解析

目录

  • 线程(详解)
  • JVM内存区域(详解)
  • JVM运行时内存
  • 垃圾回收与算法
  • JAVA四种引用类型
  • GC分代收集算法VS分区收集算法
  • GC垃圾收集器
  • JAVA IO/NIO
  • JVM类加载机制
  • 正文

  • 一、线程(详解)

  • 这里所说的线程指程序执行过程中的一个线程实体。JVM 允许一个应用并发执行多个线程。Hotspot JVM 中的 Java 线程与原生操作系统线程有直接的映射关系。当线程本地存储、缓冲区分配、同步对象、栈、程序计数器等准备好以后,就会创建一个操作系统原生线程。Java 线程结束,原生线程随之被回收。操作系统负责调度所有线程,并把它们分配到任何可用的 CPU 上。当原生线程初始化完毕,就会调用 Java 线程的 run() 方法。当线程结束时,会释放原生线程和 Java 线程的所有资源。

  • Hotspot JVM 后台运行的系统线程主要有下面几个:

  • 8【JVM大全详解】_java

  • 二、JVM内存区域(详解)

  • 8【JVM大全详解】_垃圾收集器_02

  • JVM 内存区域主要分为线程私有区域【程序计数器、虚拟机栈、本地方法区】、线程共享区域【JAVA 堆、方法区】、直接内存。

  • 线程私有数据区域生命周期与线程相同, 依赖用户线程的启动/结束 而 创建/销毁(在 HotspotVM 内, 每个线程都与操作系统的本地线程直接映射, 因此这部分内存区域的存/否跟随本地线程的生/死对应)。

  • 线程共享区域随虚拟机的启动/关闭而创建/销毁。

  • 直接内存并不是 JVM 运行时数据区的一部分, 但也会被频繁的使用: 在 JDK 1.4 引入的 NIO 提供了基于 Channel 与 Buffer 的 IO 方式, 它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存, 然后使用DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作(详见: Java I/O 扩展), 这样就避免了在 Java堆和 Native 堆中来回复制数据, 因此在一些场景中可以显著提高性能。

  • 8【JVM大全详解】_java_03

  • 1、程序计数器( 线程私有)

  • 一块较小的内存空间, 是当前线程所执行的字节码的行号指示器,每条线程都要有一个独立的程序计数器,这类内存也称为“线程私有”的内存。
  • 正在执行 java 方法的话,计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址(当前指令的地址)。如果还是 Native 方法,则为空。
  • 这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

2、虚拟机栈( 线程私有)

是描述java方法执行的内存模型,每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

栈帧( Frame)是用来存储数据和部分过程结果的数据结构,同时也被用来处理动态链接(Dynamic Linking)、 方法返回值和异常分派( Dispatch Exception)。栈帧随着方法调用而创建,随着方法结束而销毁——无论方法是正常完成还是异常完成(抛出了在方法内未被捕获的异常)都算作方法结束。

8【JVM大全详解】_方法区_04


3、本地方法区(线程私有)

本地方法区和 Java Stack 作用类似, 区别是虚拟机栈为执行 Java 方法服务, 而本地方法栈则为Native 方法服务, 如果一个 VM 实现使用 C-linkage 模型来支持 Native 调用, 那么该栈将会是一个C 栈,但 HotSpot VM 直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

4、堆(Heap- 线程共享)-运行时数据区

是被线程共享的一块内存区域,创建的对象和数组都保存在 Java 堆内存中,也是垃圾收集器进行垃圾收集的最重要的内存区域。由于现代 VM 采用分代收集算法, 因此 Java 堆从 GC 的角度还可以细分为: 新生代( Eden 区 、 From Survivor 区 和 To Survivor 区 )和老年代。

5、方法区/ 永久代(线程共享)

即我们常说的永久代(Permanent Generation), 用于存储被 JVM 加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据. HotSpot VM把GC分代收集扩展至方法区, 即使用Java堆的永久代来实现方法区, 这样 HotSpot 的垃圾收集器就可以像管理 Java 堆一样管理这部分内存,而不必为方法区开发专门的内存管理器(永久带的内存回收的主要目标是针对常量池的回收和类型的卸载, 因此收益一般很小)。

运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分。Class 文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外,还有一项信息是常量池Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用,这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。Java 虚拟机对 Class 文件的每一部分(自然也包括常量池)的格式都有严格的规定,每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求,这样才会被虚拟机认可、装载和执行。

更多解析:

8【JVM大全详解】_方法区_05


三、JVM运行时内存

  • 新生代
  • 老年代
  • 永久代

8【JVM大全详解】_垃圾收集器_06


四、垃圾回收与算法

  • 如何确定垃圾
  • 标记清除算法( Mark-Sweep )
  • 复制算法(copying)
  • 标记整理算法(Mark-Compact)
  • 分代收集算法

8【JVM大全详解】_方法区_07


五、JAVA 四中引用类型

  • 强引用
  • 软引用
  • 弱应用
  • 虚引用

8【JVM大全详解】_java_08


六、GC分代收集算法VS分区收集算法

  • 分代收集算法
  • 分区收集算法

8【JVM大全详解】_垃圾收集器_09


七、GC垃圾收集器

文章资料都整理在一个文档里面了,需要的朋友可以私信"JVM”获取哟

  • Serial 垃圾收集器 (单线程、 复制算法)
  • ParNew 垃圾收集器 (Serial+ 多线程)
  • Parallel Scavenge 收集器(多线程复制算法、高效)
  • Serial Old 收集器 (单线程标记整理算法 )
  • Parallel Old 收集器(多线程标记整理算法)
  • CMS 收集器(多线程标记清除算法)
  • G1 收集器(解析)

G1 收集器(解析)

Garbage first 垃圾收集器是目前垃圾收集器理论发展的最前沿成果,相比与 CMS 收集器,G1 收集器两个最突出的改进是:

1. 基于标记-整理算法,不产生内存碎片。

2. 可以非常精确控制停顿时间,在不牺牲吞吐量前提下,实现低停顿垃圾回收。

G1 收集器避免全区域垃圾收集,它把堆内存划分为大小固定的几个独立区域,并且跟踪这些区域的垃圾收集进度,同时在后台维护一个优先级列表,每次根据所允许的收集时间,优先回收垃圾最多的区域。区域划分和优先级区域回收机制,确保 G1 收集器可以在有限时间获得最高的垃圾收集效率。

8【JVM大全详解】_垃圾收集器_10


八、JAVA IO/NIO

  • 阻塞 IO模型
  • 非阻塞 IO模型
  • 多路复用 IO模型
  • 信号驱动 IO模型
  • 异步 IO模型
  • JAVA IO包
  • JAVA NIO
  • Channel
  • Buffer
  • Selector

8【JVM大全详解】_垃圾收集器_11


九、JVM类加载机制

  • 加载、验证、准备、解析
  • 符号引用、直接引用
  • 初始化
  • 类构造器<client>
  • 类加载器
  • 双亲委派
  • OSGI(动态模型系统)

8【JVM大全详解】_方法区_12


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