深入理解Java虚拟机运行机制-CSDN博客

本文链接：https://blog.csdn.net/wszt_gzt/article/details/37723701

写在前面

在虚拟机中，内存被分为不同的区域，大致包括：

堆
栈
方法区
运行时常量池
本机直接内存
程序计数器

在c/c++编程的时候我们需要把自己申请的内存回收掉，不然会导致内存泄露。但是在java中是不需要的，因为有gc线程会帮我们将不需要的对象回收掉，但这样经常会出现问题。

我们最开始知道的Java的字节码是解释执行的，然后会对热的代码编译成本地机器码执行。这样做有两个好处：

解释执行使得启动的速度非常快
选择性地编译成本地代码又使执行的效率没有太差

这样的处理方式使得java能适应跟多的应用场景。

数据

在JVM中有很多种数据，下面依次来看。

对象

在程序中用到最多的就是对象，通常通过引用来访问对象，而对象的大小也有一定的规则。通常情况下GC看到堆被分成下面几部分：

E
S0
S1
O
Perm

对象基本上都是在堆上分配的，相关的参数有：

-Xms：初始堆大小
-Xmx：堆的最大值
-Xmn：年轻代的大小

分配对象时，现在TLAB（Thread Local Allocation Buffer）中分配：

-XX:TLABWasteTargetPercent：TLAB挪借的E的空间的百分比（默认1%）
-XX:+UseTLAB

因为每个线程都有自己的空间，所以此时分配空间是不需要加锁的。但是TLAB没有空间的时候就需要在E中分配了，因为各个线程都可能需要在E中分配，那么这个时候就需要加锁了：

-XX:SurvivorRatio：E、S的比例，默认是8
-XX:NewRatio：E和O的比例

有时候我们认为大的对象一般活的比较久（如果不是这样的话是不是代码有问题？），那么新对象可能直接进O区了：

-XX:PretenureSizeThreshold：直接在O中分配的阀值

下面接着来看类信息。

类信息

首先来看类信息包含的内容：

类的结构信息
字段描述
方法描述
常量表

这些东西都放在方法区，需要注意的是在运行期也可以往方法区塞东西，比较常见的有：

ClassLoader不停地加载类
String.intern()

可以在jvm启动的时候来设置方法区的大小：

-XX:PermSize
-XX:MaxPermSize

这部分数据相关的GC参数有：

-XX:+CMSClassUnloadingEnabled
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly
-XX:CMSInitiatingPermOccupancyFraction=80

变量

简单类型变量的生命周期随着方法的返回而结束，那么对应的内存也会被释放掉，所以这部分不会涉及到GC，栈的大小可以设置：

-Xss：每个线程的堆栈的大小

在运行期间jvm对栈以栈帧为单位进行压栈、出栈操作，栈帧中的内容包括：

局部变量区
操作数
帧数据

垃圾回收

和GC相关的参数很多，首先如果想观察GC的信息可以设置参数：

-verbose:gc
-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime
-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime
-XX:+PrintHeapAtGC
-XX:+PrintClassHistogram
-XX:+PrintTLAB

在发生OOM的时候我们需要查看到底发生了什么，那么可以将堆dump到文件中：

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=~/heap.hprof

另外对于回收器在执行期间的行为也可以进行控制：

-XX:ParallelGCThreads：并行GC时进行内存回收的线程数
-XX:GCTimeRatio：GC时间占总时间的比率
-XX:MaxGCPauseMills：GC最大的停顿时间
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction：出发GC的老年代使用率，默认为68%
-XX:UseCMSCompactAtFullCollection：在CMS完成后进行碎片整理
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：CMS多少次之后进行一次碎片整理
-XX:HandlePromotionFailure：设置是否允许分配担保失败
-XX:ParallelGCThreads：并行GC时进行内存回收的线程数

我们要查看GC日志的时候基本是先从日志里面看，YoungGC的日志如下：

[ParNew: 2327071K->122000K(2403008K), 0.0942260 secs] 3080564K->891474K(3975872K), 0.0944310 secs] [Times: user=0.39 sys=0.00, real=0.10 secs]

他们的含义依次为：

gc前新生代占用的内存
gc后新生代占用的内存
新生代大小
jvm暂停的时间
jvm堆gc前的大小
jvm堆gc后的大小
jvm堆大小
jvm消耗的时间

然后在看CMS的GC日志，首先是初始标记：

[GC [1 CMS-initial-mark: 1259285K(1572864K)] 1406035K(3975872K), 0.0697870 secs] [Times: user=0.07 sys=0.00, real=0.08 secs]

并发标记：

[CMS-concurrent-mark-start]
[CMS-concurrent-mark: 0.871/0.871 secs] [Times: user=1.76 sys=0.03, real=0.87 secs]

预先清理：

[CMS-concurrent-preclean-start]
[CMS-concurrent-preclean: 0.012/0.015 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
[CMS-concurrent-abortable-preclean-start]

并发清理：

[CMS-concurrent-sweep-start]
[CMS-concurrent-sweep: 0.933/0.933 secs] [Times: user=0.93 sys=0.01, real=0.93 secs]

重置线程：

[CMS-concurrent-reset-start]
[CMS-concurrent-reset: 0.006/0.006 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]

执行

这里我们主要总结的是class文件在jvm中怎么跑起来的。

加载

在遇到下面几种情况的时候会去加载class文件：

创建对象
使用类的静态属性
Class.forName
启动类
初始化子类

大致分为三步完成：

加载：找到Class文件并读取里面的内容
连接
1. 验证：确保Class文件的正确性
2. 准备：对静态变量分配内存、设置默认值
3. 解析：将符号引用替换成直接引用
初始化：为静态变量赋予正确的初始值。

和ClassLoader相关的东西可以看这里。

解释和编译

生成的class文件中有字节码，这些字节码描述了方法的行为，总体上来看是以栈为基础的。

编译分为c1（client）和c2（server），刚开始代码是解释执行，当出现“热代码”的时候，会JIT会使用编译器将字节码编译成本地代码执行，在具体实现时有几个层次：

解释执行
编译成本地代码并进行简单优化
进行耗时比较长的、比较激进的优化

常见的优化技术有：

逃逸分析
同步消除
标量替换

多态等特性使得优化变得很复杂。和编译相关的常用参数有：

-XX:ReservedCodeCacheSize：设置代码缓存区的大小
-XX:CICompilerCount：设置编译器的线程数
-XX:-CITime：打印花在JIT上的时间
-XX:-PrintCompilation：当有方法被编译时，打印出相关信息

JVM调优的标准参数的各种陷阱

[Java]JVM简介

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对象

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变量

垃圾回收

执行

加载

解释和编译