第二章 Java 內(nèi)存區(qū)域與內(nèi)存溢出異常

內(nèi)存區(qū)域

– from 姜志明

對象創(chuàng)建

1. 加載類
   • 若已經(jīng)在內(nèi)存中則跳過。
   • 類加載完以后就可以確定對象所需的空間大小?// TODO why?
2. 分配內(nèi)存
   • 根據(jù) GC 回收算法的不同，分配方式略有區(qū)別。
     • 標(biāo)記整理算法，使用空閑列表
     • 帶壓縮的算法，使用指針碰撞（已分配和未分配內(nèi)存間由指針分隔）
3. 內(nèi)存清零
4. 對象初始化

對象的內(nèi)存布局

• MarkWord 占用一個?字?的大小，其中分為兩部分：
  1. 對象自身運行時元數(shù)據(jù)。例如，哈希碼、GC 分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志等等
  2. 類型指針。指向其類的元數(shù)據(jù)。
  3. 若對象是數(shù)組則還需要保存數(shù)組的長度。
• 域的存儲順序：
  1. 基本類型優(yōu)先，長度長的優(yōu)先。
  2. 父類域優(yōu)先。子類較短域可插入父類域空隙。
  3. 受虛擬機分配策略參數(shù)和域定義順序的影響。

對象訪問

兩種方式：

1. 直接引用
2. 引用句柄（句柄池）

內(nèi)存溢出異常

常用 JVM 參數(shù) （Java HotSpot VM）

常見異常及可能原因

• 堆區(qū)
  • OutOfMemoryException。使用工具對快照進行分析，看是否發(fā)生了內(nèi)存泄露（內(nèi)存中有不再使用的但無法回收的對象或資源）。若是，則通過分析引用鏈找到根源，解決問題；若不是檢查虛擬機堆參數(shù)，看是否能夠調(diào)大。再檢查代碼中是否有生命周期很長的大對象。
• 虛擬機棧和本地方法棧
  • OutOfMemoryException。棧容量 * 線程數(shù)量 = 固定值。當(dāng)線程數(shù)量過多時會引發(fā)，可以適當(dāng)減小棧容量。
  • StackOverflowException。按異常查根源。
• 方法區(qū)和運行時常量池
• 直接內(nèi)存溢出
  • 不正確的使用 NIO。

String 與字符串常量

public class StringTest {
	public static void main(String[] args) {
		String m = "hello";
		String n = "hello";
		String u = new String(m);
		String v = new String("hello");
		
		System.out.println("m == n: " + (m == n));
		System.out.println("m == u: " + (m == u));
		System.out.println("m == v: " + (m == v)

參考：?初探Java字符串

第三章 垃圾收集器與內(nèi)存分配策略

判斷對象是否存活

1. 引用計數(shù)器算法。給對象添加一個引用計數(shù)器，增加/刪除引用時對計數(shù)器進行修訂。但是該方法因為無法解決循環(huán)引用（例如兩個對象互相引用）的問題，所以一般不使用該方法
2. 可達性分析算法。從?GC root?開始遞歸查詢并標(biāo)記，結(jié)束后未被標(biāo)記的（不可達的）即為可回收的對象。GC root?共有四種：
   • 棧中引用的對象
   • 方法區(qū)常量引用的對象
   • 方法區(qū)靜態(tài)域引用的對象
   • 本地方法中 JNI 引用的對象（不太懂）
3. 回收方法區(qū)
   • 新生代的回收效率可達到 70% – 95%，而永久代則低的多（性價比太低）
   • 在大量使用反射、動態(tài)代理、CGLib 等 ByteCode 框架、動態(tài)生成 JSP 以及 OSGi 這類頻繁自定義 ClassLoader 的場景都需要虛擬機有卸載類的能力。

垃圾收集算法

1. 標(biāo)記-清除算法
   • 掃描一遍，標(biāo)記出需要回收的對象，再掃描將其清除
   • 標(biāo)記/清除兩階段時間效率都不高，且回收后空間較零碎。
2. 復(fù)制算法
   • 將內(nèi)存分為兩塊，當(dāng)一塊中內(nèi)存不足時，將其中所有存活對象復(fù)制到另一塊中，回收當(dāng)前一整塊。
   • 目前商用虛擬機大都使用這一算法回收新生代。將內(nèi)存劃分為一個較大的 Eden 區(qū)和兩塊較小的 Survivor. Eden：Survivor = 8：1
3. 標(biāo)記整理算法
   • 標(biāo)記出須清理的對象，然后其余對象移動到一端
4. 分代收集算法
   • 新生代使用復(fù)制算法
   • 永久代使用其他兩種算法

HotSpot 算法實現(xiàn)

1. 當(dāng)程序執(zhí)行到安全點（safepoint）時進行 GC，通過在安全點（safepoint）生成的 OopMaps 快速遍歷 GC root 進行回收。
   • 安全點（safepoint）：指令序列復(fù)用的位置。例如方法調(diào)用、循環(huán)結(jié)構(gòu)、異常跳轉(zhuǎn)等位置。
   • OopMaps：一種特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于枚舉 GC root
2. 但是如果線程處于不執(zhí)行的狀態(tài)時，如 sleep 或 blocked 無法執(zhí)行到安全點，即需要提前標(biāo)記為安全區(qū)域(safe region)。GC 時不考慮處于安全區(qū)域的線程，若安全區(qū)域代碼執(zhí)行結(jié)束但 GC 未結(jié)束時該線程等待 GC 結(jié)束信號。
   • 安全區(qū)域（safe region）：引用不發(fā)生改變的代碼片段

垃圾收集器

• 并發(fā)(concurrent) vs 并行(parallel)
  1. 并行是同時進行（多 CPU）
  2. 并發(fā)可交替
• Minor GC vs Major GC vs Full GC
  • Minor GC：只回收新生代
  • Major GC：只回收永久代
  • Full GC： 回收整個堆。相當(dāng)于 Minor GC + Major GC

1. serial。單線程，簡單高效。復(fù)制算法
2. PerNew。serial 的多線程版本，并行。
3. parallel Scavenge。 與 PerNew 類似，復(fù)制算法、多線程、并行。但側(cè)重吞吐量，擁有自適應(yīng)調(diào)節(jié)的能力。適合用在后臺不需要太多用戶交互的地方。
   • 吞吐量 = 用戶代碼執(zhí)行時間 / （用戶代碼執(zhí)行時間 + 垃圾回收時間）
   • 自適應(yīng)調(diào)節(jié)：虛擬機根據(jù)但前系統(tǒng)的運行情況，自動調(diào)節(jié)虛擬機各參數(shù)以確保最大吞吐量。
4. serial old。serial 的永久代版本。采用標(biāo)記整理算法。
5. parallel old。parallel Scavenge 的老年代版本，采用標(biāo)記整理算法。與 parallel scavenge 搭配可以用在注重吞吐量及 CPU 資源敏感的地方。
6. CMS（concurrent mark sweep）。并發(fā)低停頓，使用標(biāo)記清理算法。非常優(yōu)秀的一款收集器，但還是有幾個缺點：
   • 對 CPU 資源敏感，當(dāng)其小于數(shù)量小于 4 個是可能會對用戶程序有較大影響。默認(rèn)啟動回收線程數(shù) = （CPU 數(shù) + 3）/ 4
   • 無法處理浮動垃圾。浮動垃圾：在垃圾回收期間生成的垃圾
   • 回收后會留有大量的空間碎片。
7. G1 //TODO

內(nèi)存分配與回收策略

TLAB（Thread local allocate buffer）線程私有分配緩沖區(qū)，每個線程一個

1. 對象優(yōu)先在 Eden 區(qū)分配。內(nèi)存不足時觸發(fā) Minor GC。
2. 大對象直接進入老年代。例如數(shù)組或超過參數(shù)指定大小的對象。
3. 長期存活的對象進入老年代。GC 超過一定次數(shù)仍存活的對象。默認(rèn)為 15 次，可通過虛擬機參數(shù)?-XX:MaxTenuringThreshold?來設(shè)置。
4. 動態(tài)對象年齡判定。當(dāng)一個年齡的所有對象大小總和超過 Servivor 空間一半時，大于等于該年齡的所有對象都進入老年代
5. 空間分配擔(dān)保。當(dāng)發(fā)生 Minor GC 時，若存活的對象過多，servivor 空間無法全部容納時，會將剩余的對象直接放入永久代；若永久代空間不足以容納時會引發(fā)一次 Full GC

第六章 類文件結(jié)構(gòu)

1. 類文件的結(jié)構(gòu)擁有固定的格式，包含兩部分的數(shù)據(jù)：
   • 類的元數(shù)據(jù)。
   • 方法代碼的字節(jié)流
2. code?屬性表包含的屬性
   • max_stack?存儲操作數(shù)棧的最大深度值。運行時用來確定分配棧幀中所需的操作數(shù)棧深度。
   • max_locals?局部變量所需的最大空間大小
3. 符號引用
   • 類與接口的全限定名
   • 域的名稱與描述符
   • 方法名與描述符
4. 該部分內(nèi)容可以通過查表獲得，不再贅述。

第七章 虛擬機類加載機制

類加載的過程

1. 加載
通過全類名獲取該類的二進制字節(jié)流
解析字節(jié)流，將字節(jié)流所表達的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （這是什么東西？）
為該類創(chuàng)建一個 Class 對象，用來訪問該類的類數(shù)據(jù)

2. 連接

• 驗證

為了確保加載的字節(jié)流時符合規(guī)范的，不會危害到虛擬機自身的安全。主要包括

1. 文件格式驗證
2. 元數(shù)據(jù)驗證
3. 字節(jié)碼驗證
4. 符號引用驗證

• 準(zhǔn)備

為類變量分配內(nèi)存并進行初步初始化（0/null） // 不應(yīng)該是在類加載階段完成的么？

• 解析

將符號引用替換為直接引用

3. 初始化

• static fields and block init

4. 使用
5. 卸載

類加載器

一個加載器確定一個類的命名空間。同一個類由不同加載器加載后是不同的類。

雙親委派：當(dāng)需要加載一個類時先使用父類加載器（其實這個地方不是很準(zhǔn)確，父子關(guān)系是通過復(fù)合來實現(xiàn)的），若失敗了，再使用當(dāng)前的加載器。如果自己寫一個?Object?類，編譯可通過但是由于雙親委派，它永遠都不會被加載。

第十章 早期（編譯器）優(yōu)化

// TODO: 因本章含有相當(dāng)多的編譯原理相關(guān)概念，所以第十、十一章學(xué)習(xí)延后（預(yù)計第 8-9 周）

前端編譯過程（*.java --> *.class）

解析與填充符號表

詞法分析。將源代碼轉(zhuǎn)換為標(biāo)記（Token） 的集合

• Token: 是編譯過程中的最小元素。例如關(guān)鍵字、變量名、運算符等等

語法分析。通過 Token 序列將構(gòu)造抽象語法樹(Abstract syntax tree)

參考

1. 鄭州大學(xué)姜志明老師課件
2. 初探Java字符串?(非常好的一篇文章)
3. Java HotSpot VM 參數(shù)
4. Java HotSpot Virtual Machine Garbage Collection Tuning Guide
5. JVM 垃圾回收器工作原理及使用實例介紹 — IBM
6. Minor GC vs Major GC vs Full GC
7. Abstract syntax tree
8. 4.4 Symbol Tables

標(biāo)簽： ssl 安全 代碼

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