一、前言

最近要准备找工作,JVM肯定是跑不掉的面试内容,所以把JVM相关的内容拿来认真学习一遍,整理成自己能够快速消化的提纲,方便随时可以调用。主要分JVM结构类加载机制垃圾回收GC原理JVM内存分配策略JVM内存泄露和溢出 五个方面展开。

二、JVM结构

JVM的内部结构直接贴图: 
【Java面试整理之JVM】深入理解JVM结构、类加载机制、垃圾回收GC原理、JVM内存分配策略、J_JVM GC 
各部分的主要功能:

  • 类加载器 
    JVM启动,程序开始执行时,负责将class字节码加载到JVM内存区域中

  • 执行引擎 
    负责执行class文件中包含的字节码指令

  • 本地方法库 
    主要是调用C或C++实现的本地方法及返回结果

  • 运行时数据区【重点关注】

    • 方法区(Method Area) 
      用于存储类结构信息的地方,包括常量池、静态变量、构造函数等。

    • java堆(Heap) 
      存储java实例或者对象的地方。这块是GC的主要区域。方法区和堆是被所有java线程共享的

    • java栈(Stack) 
      java栈总是和线程关联在一起,每当创建一个线程时,JVM就会为这个线程创建一个对应的java栈。在这个java栈中又会包含多个栈帧,每运行一个方法就创建一个栈帧,用于存储局部变量表、操作栈、方法返回值等。每一个方法从调用直至执行完成的过程,就对应一个栈帧在java栈中入栈到出栈的过程。所以java栈是现成私有的。

    • 程序计数器(PC Register) 
      程序计数器是一块较小的内存空间,可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

    • 本地方法栈(Native Method Stack) 
      和java栈的作用差不多,只不过是为JVM使用到的native方法服务的。

二、JVM类加载机制

JVM类加载机制主要采用的是双亲委派模型 
JVM的类加载器双亲委派模型: 
【Java面试整理之JVM】深入理解JVM结构、类加载机制、垃圾回收GC原理、JVM内存分配策略、J_JVM GC_02

  • 启动类加载器 Bootsrap ClassLoader 
    它是最顶层的类加载器,是由C++编写而成, 已经内嵌到JVM中了。在JVM启动时会初始化该ClassLoader,它主要用来读取Java的核心类库JRE/lib/rt.jar中所有的class文件, 
    如果需要将自己写的类加载器加载请求委派给引导类加载器,那直接使用null代替即可。

  • 扩展类加载器 Extension ClassLoader 
    负责加载\lib\ext目中的jar包。

  • 应用程序类加载器 Application ClassLoader 
    是类加载器ClassLoader.getSystemClassLoader()方法的返回值,因此称为系统类加载器,负责加载用户路径上指定的类库。一般情况下是默认的类加载器。

  • 自定义类加载器 Custom ClassLoader 
    负责加载用户自定义的jar包

以上4种类加载器之间的这种层次关系称为类加载器的双亲委派模型 
双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外,其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。这里的类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系来实现,而是都是用组合关系来复用父加载器的代码。

双亲委派的工作过程: 
如果一个类加载器收到了类加载的请求,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把这个请求委派给父类加载器去完成,每一个层次的类加载器都是如此,因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中,只有父类加载器反馈自己无法完成这个加载请求时,子加载器才会尝试自己去加载。【PS:典型的啃老族,有问题先找老子,老子搞不定了才自己去尝试解决

双亲委派机制的最大优点就是使得java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。尤其是保证了基础类的统一性,保证了java程序的稳定运行。

三、JVM垃圾回收GC原理

垃圾回收算法主要采用的是分代收集算法【GC】。 
GC是根据对象的存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把java堆分成新生代老年代。新生代中,每次垃圾收集时都发现有大批对象死去,只有少量存活,那就选用复制算法,只需要复制少量存活对象即可完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外的空间对它进行分配担保,就必须使用“标记-清理”或者“标记-整理”算法来回收。

四、JVM内存分配及回收策略

新生代和老年代的梗说,JVM的内存分配也是和GC保持一致的,具体分配如图: 
【Java面试整理之JVM】深入理解JVM结构、类加载机制、垃圾回收GC原理、JVM内存分配策略、J_JVM GC_03

具体的回收策略如图: 
【Java面试整理之JVM】深入理解JVM结构、类加载机制、垃圾回收GC原理、JVM内存分配策略、J_JVM GC_04

总结策略就是:

  • 对象优先在Eden分配

  • 大对象直接进老年代

  • 长期存活的对象将进入老年代

  • 动态对象进行年龄判定再分代

    五、JVM内存泄露和溢出

    1.定义

  • 内存泄露 
    指程序中动态分配内存给一些临时对象,但是对象不会被GC所回收,它始终占用内存。即被分配的对象可达但已无用。

  • 内存溢出 
    指程序运行过程中无法申请到足够的内存而导致的一种错误。内存溢出通常发生于OLD段或Perm段垃圾回收后,仍然无内存空间容纳新的Java对象的情况。

    从定义上可以看出内存泄露是内存溢出的一种诱因,不是唯一因素。

    Java 堆内存的OutOfMemoryError异常是实际应用中最常见的内存溢出异常情况。出现Java 堆内存溢出时,异常堆栈信息“java.lang.OutOfMemoryError”会跟着进一步提示“Java heapspace”。

2.常见内存泄露的几种场景

1、长生命周期的对象持有短生命周期对象的引用

这是内存泄露最常见的场景,也是代码设计中经常出现的问题。例如:在全局静态map中缓存局部变量,且没有清空操作,随着时间的推移,这个map会越来越大,造成内存泄露。

2、修改hashset中对象的参数值,且参数是计算哈希值的字段 
当一个对象被存储进HashSet集合中以后,就不能修改这个对象中的那些参与计算哈希值的字段,否则对象修改后的哈希值与最初存储进HashSet集合中时的哈希值就不同了,在这种情况下,即使在contains方法使用该对象的当前引用作为参数去HashSet集合中检索对象,也将返回找不到对象的结果,这也会导致无法从HashSet集合中删除当前对象,造成内存泄露。

3、机器的连接数和关闭时间设置 
长时间开启非常耗费资源的连接,也会造成内存泄露。

3.内存溢出的几种情况

1、堆内存溢出(outOfMemoryError:Java heap space) 
在jvm规范中,堆中的内存是用来生成对象实例和数组的。 
如果细分,堆内存还可以分为年轻代和年老代,年轻代包括一个eden区和两个survivor区。 
当生成新对象时,内存的申请过程如下: 
a、jvm先尝试在eden区分配新建对象所需的内存; 
b、如果内存大小足够,申请结束,否则下一步; 
c、jvm启动youngGC,试图将eden区中不活跃的对象释放掉,释放后若Eden空间仍然不足以放入新对象,则试图将部分Eden中活跃对象放入Survivor区; 
d、Survivor区被用来作为Eden及old的中间交换区域,当OLD区空间足够时,Survivor区的对象会被移到Old区,否则会被保留在Survivor区; 
e、 当OLD区空间不够时,JVM会在OLD区进行full GC; 
f、full GC后,若Survivor及OLD区仍然无法存放从Eden复制过来的部分对象,导致JVM无法在Eden区为新对象创建内存区域,则出现”out of memory错误”: outOfMemoryError:java heap space

2、方法区内存溢出(outOfMemoryError:permgem space) 
在jvm规范中,方法区主要存放的是类信息、常量、静态变量等。 
所以如果程序加载的类过多,或者使用反射、gclib等这种动态代理生成类的技术,就可能导致该区发生内存溢出,一般该区发生内存溢出时的错误信息为: outOfMemoryError:permgem space 
3、线程栈溢出(java.lang.StackOverflowError) 
线程栈时线程独有的一块内存结构,所以线程栈发生问题必定是某个线程运行时产生的错误。 
一般线程栈溢出是由于递归太深或方法调用层级过多导致的。 
发生栈溢出的错误信息为: 
java.lang.StackOverflowError

4.发生了内存泄露或溢出怎么办?

要解决这个区域的异常,一般的手段是首先通过***内存映像分析工具***(如Eclipse Memory Analyzer)对dump 出来的堆转储快照进行分析,重点是确认内存中的对象是否是必要的,也就是要先分清楚到底是出现了内存泄漏(Memory Leak)还是内存溢出(Memory Overflow)。

如果是内存泄漏,可进一步通过工具查看泄漏对象到GC Roots 的引用链。于是就能找到泄漏对象是通过怎样的路径与GC Roots 相关联并导致垃圾收集器无法自动回收它们的。掌握了泄漏对象的类型信息,以及GC Roots 引用链的信息,就可以比较准确地定位出泄漏代码的位置。

如果不存在泄漏,换句话说就是内存中的对象确实都还必须存活着,那就应当**检查虚拟机的堆参数**(-Xmx 与-Xms),与机器物理内存对比看是否还可以调大,从代码上检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长的情况,尝试减少程序运行期的内存消耗。123456

5.怎么样避免发生内存泄露和溢出

1、尽早释放无用对象的引用

2、使用字符串处理,避免使用String,应大量使用StringBuffer,每一个String对象都得独立占用内存一块区域

3、尽量少用静态变量,因为静态变量存放在永久代(方法区),永久代基本不参与垃圾回收

4、避免在循环中创建对象

5、开启大型文件或从数据库一次拿了太多的数据很容易造成内存溢出,所以在这些地方要大概计算一下数据量的最大值是多少,并且设定所需最小及最大的内存空间值。

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