内存结构

image-20251105160618906

1.程序计数器

作用：记录下一条指令的执行地址

特点：

  • 线程私有
  • 不会内存泄漏

2.Java虚拟机栈(存局部变量，方法参数)

1.定义：

image-20250629171743329

  • 每个线程运行时需要的内存，称为虚拟机栈
  • 每个栈由多个栈帧(Frame)组成，对应着每次方法调用时所占用的内存(参数、局部变量、返回地址)
  • 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法。

2.问题辨析：

1.垃圾回收是否涉及栈内存？

不会，也不需要。

2.栈内存分配越大越好吗？

-Xss1024k

不一定，栈内存越大，线程数就越小。

3.方法内的局部变量是否线程安全？

需要判断变量是不是共享变量，私有变量是线程安全的。共享变量需要考虑线程安全问题。

局部变量是否逃离了方法的作用范围，通过返回值返回了引用地址，可能会被其他线程访问，也需要注意线程安全问题。

3.栈内存溢出

  • 栈帧过多(如递归过深)

  • 栈帧过大()

4.线程运行诊断

1.线程占用cpu过高

定位

  • 用top命令定位哪个进程对cpu的占用过高
  • ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 进程id（用ps命令进一定位哪个线程引起的cpu占用过高）
  • jstact 进程id—》可以根据线程id找到有问题的线程，进一步定位到问题代码的行数。

2.程序运行很长时间没有结果

可能是有死锁，通过jstact id 查看。

3.本地方法栈

给本地方法运行提供内存空间。

object类里面的clone(),wait(),notify()等方法都是本地方法，是通过 JNI（Java Native Interface）调用c或c++代码实现操作系统的相关api调用。

4.堆（存对象）

1.定义

  • 通过new关键字，创建出来的对象都会使用堆内存

特点

  • 它是线程共享的，堆中对象都需要考虑线程安全问题
  • 有垃圾回收机制

2.堆内存溢出

如果不断新建对象且一直在使用，就会爆堆内存。

通过-Xmx8m可以设置堆内存大小，这里的8m比较小了

3.堆内存诊断

1.jps工具，查看当前运行的java进程。

2.jmap工具，查看堆内存占用情况 jmap -heap +进程id

3.jconsole工具， 图形界面的，多功能的监测工具，可以连续监测

案例：
多次垃圾回收之后堆内存占用依然很高

jvisualvm工具可视化的虚拟机。

通过堆转储 堆 dump来保存快照查看情况。

方法区（存储类元数据、方法字节码、即时编译器需要的信息）

方法区是JVM规范中定义的一块内存区域，用来存储类元数据、方法字节码、即时编译器需要的信息等

永久代是Hotspot虚拟机对jvm、规范的实现（1.8之前）

元空间是HotSpot虚拟机对jvm规范的实现（1.8以后），使用本地内存作为这些信息的存储空间。

JVM垃圾回收算法

1.标记清除法（一般不用，cms用，已废弃)

标记：从根对象（一定不会回收的对象如局部变量，静态变量引用的对象）出发，看能不能被引用，找到了当前对象，加上标记，表示不会回收。

缺点：虽然释放内存多，但是比较分散，内存碎片多。

2.标记整理法（场景：老年代垃圾回收）

前面类似，后面再整理一下存活的对象，避免内存碎片，但是由于多了个步骤，造成效率低。

3.标记复制法（场景：新生代垃圾回收）

把内存分成两部分区域，第一个阶段标记，第二阶段把存活对象复制到空闲区域，复制完成后另一边区域对象直接清空。

缺点：内存占用大

说说GC和分代回收算法

GC的目的在于实现无用对象内存自动释放，减少内存碎片、加快分配速度。

GC要点：

1.回收的区域是堆内存，不包括虚拟机栈，在方法调用结束时会自动释放占用内存。

2.判断无用对象，使用可达性分析算法，三色标记法标记存活对象，回收未标记对象。

3.GC具体的实现称为垃圾回收器

4.GC大都采用了分代回收思想，理论依据是大部分对象朝生夕灭用完立刻可以回收，另有少部分对象会长期存活，每次很难回收，根据这两类对象的特性将回收区域分为新生代老年代，不同区域应用不同的回收策略

5.根据GC的规模可以分成Minor GC, Mixed GC， Full GC。

分代回收与GC规模

分代回收

1.伊甸园eden，最初对象都分配到这里，与幸存区合称新生代

2.幸存区survivor，当伊甸园内存不足，回收后的幸存对象到这里，分成from和to,采用标记复制算法。每次回收后from和to交换区域。

3.当幸存区对象熬过几次回收（不超过15次），晋升到老年代（幸存区内存不足或大对象会导致提前晋升）。

GC规模：

1.Minor GC发生在新生代的垃圾回收，暂停时间短。

2.Mixed GC新生代+老年代部分区域的垃圾回收，G1收集器特有

3.Full GC 新时代+老年代完整垃圾回收，暂停时间长，应尽力避免

三色标记

黑色：已标记

灰色：标记中

白色：还未标记

并发漏标问题：

1.Incremental Update：只要赋值发生，被赋值的对象就会被记录

2.Snapshot At The Beginning, SATB: 1.新加对象会被记录2被删除引用关系的对象也被记录

垃圾回收器

1.Parallel GC（有暂停，会使用多个线程并行回收）

1.eden内存不足发生Minor GC，标记复制STW（停止所有工作线程）

2.old内存不足发生full GC ,标记整理STW

3.注重吞吐量

2.ConcurrentMarkSweep GC（暂停时间短）

1.old并发标记，重新标记时需要STW,并发清除

2.Failback Full GC

3.注重响应时间

3.G1（jdk9开始，默认的垃圾回收器）

1.响应时间与吞吐量兼顾

2.划分多个区域，每个区域都可以充当eden，survivor,old,humongous（用来存储大对象）

3.新生代回收：eden内存不足，标记复制STW

4.并发标记（老年代内存占比占堆内存45%以上时触发）：old并发标记，快照法处理并发漏标问题时，重新标记时需要STW

5.混合收集：并发标记完成，开始混合收集，参与复制的有eden、survivor,old，其中old会根据暂停时间目标，选择部分回收价值高的区域，复制时STW

6.Failback Full GC

类加载

分五个阶段：加载，验证，准备，解析，初始化

1. 加载（Loading）：找到并读取字节码，创建.Class对象

2. 验证（Verification）：确保字节码安全

3. 准备（Preparation）：为类变量（static 修饰的变量）分配内存 + 赋默认值

  • 若类变量加 final（常量），准备阶段直接赋 代码中定义的初始值（如 static final int a = 10，准备阶段 a=10，而非 0）。非final常量在初始化时才赋值

4. 解析（Resolution）：符号引用转直接引用

符号引用：.class 字节码中用 “全限定名” 描述的引用（如 Ljava/lang/String; 表示 String 类），无具体内存地址；
直接引用：指向内存中实际对象的地址（如类的内存地址、方法的入口地址）。

5. 初始化（Initialization）：执行类构造器 <clinit>()

< clinit >（） 方法的构成：
类变量的显式赋值语句（如 static int a = 10）；
静态代码块（static { … }）；

双亲委派机制（类加载的核心规则）

1. 定义

当一个类加载器需要加载某个类时，先委托给其父加载器加载，只有父加载器无法加载（找不到类）时，才由自身加载。核心是 “先找上级，上级不行自己来”。

2. 类加载器层次结构（从上到下）

类加载器 加载范围（核心职责） 特点
启动类加载器（Bootstrap） JVM 核心类（JAVA_HOME/lib 下的 Jar 包，如 rt.jar） 1. 由 C/C++ 实现，无 Java 对象（getClassLoader() 返回 null）；2. 仅加载特定文件名的 Jar 包
扩展类加载器（Extension） JVM 扩展类（JAVA_HOME/lib/ext 下的 Jar 包） 由 Java 实现（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）
应用程序类加载器（Application） 应用程序类（classpath 下的类，自己写的代码、第三方 Jar） 由 Java 实现（sun.misc.Launcher$AppClassLoader）；默认类加载器
自定义类加载器 自定义需求（如加密类、热部署类） 继承 ClassLoader，重写 findClass() 方法
  • 具体步骤：
    1. 应用程序类加载器收到加载请求，先不自己加载，委托给父类（扩展类加载器）；
    2. 扩展类加载器收到请求，也委托给父类（启动类加载器）；
    3. 启动类加载器在自己的加载范围（lib 目录）查找，找到则加载，返回 Class 对象；
    4. 若启动类加载器找不到，扩展类加载器在自己的范围（ext 目录）查找，找到则加载；
    5. 若扩展类加载器也找不到，应用程序类加载器在 classpath 下查找，找到则加载；
    6. 若所有父加载器都找不到，抛出 ClassNotFoundException。

3.核心作用

  1. 沙箱安全：防止核心类被篡改（如自己写一个 java.lang.String，双亲委派会优先加载 JVM 的核心 String 类，而非自定义类，避免恶意替换）；
  2. 类唯一性：同一类的全限定名，只会被一个类加载器加载一次（父加载器加载过，子加载器无需重复加载），保证类的一致性（如 Object 类在整个 JVM 中只有一个 Class 对象）。

4. 打破双亲委派的场景

双亲委派是默认规则，但可主动打破，常见场景：

  1. Tomcat 等 Web 服务器：每个 Web 应用需要隔离（如不同应用的 com.test.User 是不同类），Tomcat 的 WebAppClassLoader 会先加载自己的类，再委托父加载器（反向委派）；
  2. SPI 机制（服务发现）：如 JDBC（java.sql.Driver），核心接口在 rt.jar（启动类加载器加载），但驱动实现类在第三方 Jar（classpath），需应用程序类加载器加载，通过 Thread.currentThread().setContextClassLoader() 打破委派；
  3. OSGi 框架：模块间热部署、类隔离，支持同一类被不同类加载器加载（按需委派）；
  4. 自定义类加载器：重写 loadClass 方法，改变委托顺序（如先自己加载，再委托父加载器）。