JVM
2020-09-04 10:21:13 0 举报AI智能生成
JVM-知识体系梳理
作者其他创作
大纲/内容
Java8新特性
移除了持久代
这块内存区域被完全移除
PermSize和MaxPermSize JVM 参数会被忽略，并且在启动的时候会给出警告信息
新增了MetaSpace
内存分配模型
对于类元数据的大多数内存分配都不会发生在本地内存
被用于描述类元数据的类对象被移除
容量
默认的，类元数据分配限制于可用的本地内存 (容量大小依赖于你用32位jvm或者64位jvm的操作系统可用虚拟内存
新的标记已经可以使用 (MaxMetaspaceSize)，它允许你限制用于类元数据的本地内存大小。如果你没有指定这个标记，Metaspace会根据运行时应用程序的需求来动态的控制大小
垃圾收集
一旦类元数据的使用量达到了“MaxMetaspaceSize”指定的值，对于无用的类和类加载器，垃圾收集此时会触发
为了控制这种垃圾收集的频率和延迟，合适的监控和调整Metaspace非常有必要。过于频繁的Metaspace垃圾收集是类和类加载器发生内存泄露的征兆，同时也说明你的应用程序内存大小不合适，需要调整
堆空间影响
一些杂项数据被移到了Java堆空间。这意味着当你更新到JDK8后会观察到Java堆空间的增长
Metaspace 监控
Metaspace 的使用可以通过HotSpot 1.8的详细的GC日志输出观察到
在基于b75上测试的时候Jstat 和 JVisualVM 还没有更新，旧的持久代空间引用依然存在
jvm调优命令
工具
jconsole
VisualVM
Memory Analyzer
jps
JVM Process Status Tool,显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程
jps [options] [hostid]
option参数
-l : 输出主类全名或jar路径
-q : 只输出LVMID
-m : 输出JVM启动时传递给main()的参数
-v : 输出JVM启动时显示指定的JVM参数
jstat
jstat(JVM statistics Monitoring)是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令，它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据
jstat [option] LVMID [interval] [count]
[option] : 操作参数
LVMID : 本地虚拟机进程ID
[interval] : 连续输出的时间间隔
[count] : 连续输出的次数
jmap
JVM Memory Map 用于生成heap dump文件，如果不使用这个命令，还可以使用-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError参数来让虚拟机出现OOM的时候·自动生成dump文件。 jmap不仅能生成dump文件，还阔以查询finalize执行队列、Java堆和永久代的详细信息，如当前使用率、当前使用的是哪种收集器等
jmap [option] LVMID
option参数
dump : 生成堆转储快照
finalizerinfo : 显示在F-Queue队列等待Finalizer线程执行finalizer方法的对象
heap : 显示Java堆详细信息
histo : 显示堆中对象的统计信息
permstat : to print permanent generation statistics
F : 当-dump没有响应时，强制生成dump快照
jhat
与jmap搭配使用，用来分析jmap生成的dump，jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump的分析结果后，可以在浏览器中查看。在此要注意，一般不会直接在服务器上进行分析，因为jhat是一个耗时并且耗费硬件资源的过程，一般把服务器生成的dump文件复制到本地或其他机器上进行分析
jhat [dumpfile]
分析同样一个dump快照，MAT需要的额外内存比jhat要小的多的多
jstack
jstack用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。线程快照是当前java虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合，生成线程快照的主要目的是定位线程出现长时间停顿的原因，如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待等。 线程出现停顿的时候通过jstack来查看各个线程的调用堆栈，就可以知道没有响应的线程到底在后台做什么事情，或者等待什么资源。 如果java程序崩溃生成core文件，jstack工具可以用来获得core文件的java stack和native stack的信息，从而可以轻松地知道java程序是如何崩溃和在程序何处发生问题。另外，jstack工具还可以附属到正在运行的java程序中，看到当时运行的java程序的java stack和native stack的信息, 如果现在运行的java程序呈现hung的状态，jstack是非常有用的。
jstack [option] LVMID
option 参数
-F : 当正常输出请求不被响应时，强制输出线程堆栈
-l : 除堆栈外，显示关于锁的附加信息
-m : 如果调用到本地方法的话，可以显示C/C++的堆栈
CPU过高问题排查
查消耗cpu最高的进程PID， top -c ， 十进制转十六进制
根据PID查出消耗cpu最高的线程号
根据线程号查出对应的java线程，进行处理，用jstack导出线程快照，再用之前查出的线程号排查该线程做了什么事情
jinfo
实时查看和调整虚拟机运行参数。 之前的jps -v口令只能查看到显示指定的参数，如果想要查看未被显示指定的参数的值就要使用jinfo口令
jinfo [option] [agrs] LVMID
option 参数
-flag : 输出指定args参数的值
-flags : 不需要args参数，输出所有JVM参数的值
-sysprops : 输出系统属性，等同于System.getProperties()
内存模型
分支主题
分支主题
堆
堆是用来存储对象本身和数组的，在JVM中只有一个堆，因此，堆是被所有线程共享的，它在虚拟机启动时创建，几乎所有的实例对象都在这里分配内存
年轻代
对象存活率较低
Eden空间
From Survivor空间
To Survivor空间
默认8:1:1
老年代
对象存活率较高
晋升机制
对象优先分配在新生代的Eden区，如果Eden区没有足够的空间时，虚拟机执行一次Minor GC
大对象直接放入老年代
大对象（大小大于-XX:PretenureSizeThreshold的对象）直接在老年代分配内存；（只对Serial和ParNew收集器有效，对于Parallel Scavenge收集器无效）
长期存活的对象进入老年代
把age大于-XX:MaxTenuringThreshold的对象晋升到老年代；（对象每在Survivor区熬过一次，其age就增加一岁），默认15
担保机制
当Survivor区的的内存大小不足以装下下一次Minor GC所有存活对象时，就会启动担保机制，把Survivor区放不下的对象放到老年代
动态年龄判断
如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代
通过JConsole工具可以查看运行中的Java程序（比如Eclipse）的一些信息：堆内存的分配，线程的数量以及加载的类的个数
方法区
Non-Heap(非堆)
持久代（PermGen）
方法区是一块所有线程共享的内存逻辑区域，在JVM中只有一个方法区，用来存储一些线程可共享的内容，它是线程安全的，多个线程同时访问方法区中同一个内容时，只能有一个线程装载该数据，其它线程只能等待
方法区可存储的内容有：类的全路径名、类的直接超类的全限定名、类的访问修饰符、类的类型（类或接口）、类的直接接口全限定名的有序列表、常量池（字段，方法信息，静态变量，类型引用（class））等
栈
虚拟机栈
执行Java方法（字节码）服务
栈帧
局部变量表
存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型，它不等同于对象本身，根据不同的虚拟机实现，它可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）
64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间（Slot），其余的数据类型只占用1个，在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小
如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常
如果虚拟机栈可以动态扩展，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常
方法出口地址
存储方法执行完成后的返回地址
操作数栈
Java虚拟机的解释执行引擎被称为"基于栈的执行引擎"，其中所指的栈就是指操作数栈。
指向运行时常量池的引用
存储程序执行时可能用到常量的引用
一些附加信息
每一个方法被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从入栈到出栈的过程
本地方法栈
为虚拟机使用到的Native方法服务
本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常
OutOfMemoryError
Java heap space
表示Java堆空间不够，当应用程序申请更多的内存，而Java堆内存已经无法满足应用程序对内存的需要，将抛出这种异常
PermGen space
类或者方法不能被加载到老年代，它可能出现在一个程序加载很多类的时候，比如引用了很多第三方的库
unable to create new native thread
创建了太多的线程，而能创建的线程数是有限制的，导致了这种异常的发生
Requested array size exceeds VM limit
创建的数组大于堆内存的空间
Out of swap space
分配本地内存失败，JNI、本地库或者Java虚拟机都会从本地堆中分配内存空间
<stack trace>(Native method)
也是本地方法内存分配失败，不过是JNI或者本地方法或者Java虚拟机发现
相关
java.lang.StackOverflowError
JVM的线程由于递归或者方法调用层次太多，占满了线程堆栈而导致的，线程堆栈默认大小为1M
java.net.SocketException: Too many open files
由于系统对文件句柄的使用是有限制的，而某个应用程序使用的文件句柄超过了这个限制，就会导致这个问题
程序计数器
可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器
在虚拟机的概念模型里,字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，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
由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存
如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Natvie方法，这个计数器值则为空（Undefined）
此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域
控制参数
-Xms设置堆的最小空间大小。
-Xmx设置堆的最大空间大小。
-XX:NewSize设置新生代最小空间大小。
-XX:MaxNewSize设置新生代最大空间大小。
-XX:PermSize设置永久代最小空间大小。
-XX:MaxPermSize设置永久代最大空间大小。
-Xss设置每个线程的堆栈大小
没有直接设置老年代的参数，但是可以设置堆空间大小和新生代空间大小两个参数来间接控制
老年代空间大小=堆空间大小-年轻代空间大小
GC算法&垃圾收集器
概述
jvm 中，程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈都是随线程而生随线程而灭，栈帧随着方法的进入和退出做入栈和出栈操作，实现了自动的内存清理，因此，我们的内存垃圾回收主要集中于 java 堆和方法区中，在程序运行期间，这部分内存的分配和使用都是动态的
对象存活判断
引用计数
每个对象有一个引用计数属性，新增一个引用时计数加1，引用释放时计数减1，计数为0时可以回收。此方法简单，无法解决对象相互循环引用的问题
可达性分析
从GC Roots开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的不可达对象
GCRoots种类
虚拟机栈中引用的对象。
方法区中类静态属性实体引用的对象。
方法区中常量引用的对象。
本地方法栈中JNI引用的对象
Minor GC和Full GC的区别
Minor GC发生在新生代。特点：发生频繁，回收速度较快,为对象分配内存时，如果Eden区没有足够的空间进行分配将会引起一次Minor GC
Full GC发生在老生代。特点：往往伴随至少一次Minor GC(Parallel Scavenge收集器特例)，回收速度非常慢
FullGC触发条件
System.gc()方法的调用
老年代空间不足
方法区空间不足
通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存
由Eden区、From Space区向To Space区复制时，对象大小大于To Space可用内存，则把该对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象大小
晋升机制
对象优先分配在新生代的Eden区，如果Eden区没有足够的空间时，虚拟机执行一次Minor GC
大对象直接放入老年代
大对象（大小大于-XX:PretenureSizeThreshold的对象）直接在老年代分配内存；（只对Serial和ParNew收集器有效，对于Parallel Scavenge收集器无效）
长期存活的对象进入老年代
把age大于-XX:MaxTenuringThreshold的对象晋升到老年代；（对象每在Survivor区熬过一次，其age就增加一岁），默认15
动态年龄判断
如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代
担保机制
当Survivor区的的内存大小不足以装下下一次Minor GC所有存活对象时，就会启动担保机制，把Survivor区放不下的对象放到老年代
垃圾收集算法
标记 -清除算法
算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。之所以说它是最基础的收集算法，是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其缺点进行改进而得到的
缺点
效率问题，标记和清除过程的效率都不高
空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致：当程序在以后的运行过程中需要分配较大对象时无法找到足够的连续内存，从而不得不提前触发另一次垃圾收集动作
复制算法
它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉
优点
这样使得每次都是对其中的一块进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效
这种算法的代价是将内存缩小为原来的一半，持续复制长生存期的对象则导致效率降低
标记-整理算法
复制收集算法在对象存活率较高时就要执行较多的复制操作，效率将会变低。更关键的是，如果不想浪费50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况，所以在老年代一般不能直接选用这种算法。
根据老年代的特点，有人提出了另外一种“标记-整理”（Mark-Compact）算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存
分代收集算法
GC分代的基本假设：绝大部分对象的生命周期都非常短暂，存活时间短
把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中，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，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记-清除”或“标记-整理”算法来进行回收。
垃圾收集器
收集算法是内存回收的方法论，垃圾收集器就是内存回收的具体实现
Serial收集器
串行收集器是最古老，最稳定以及效率高的收集器，可能会产生较长的停顿，只使用一个线程去回收。新生代、老年代使用串行回收；新生代复制算法、老年代标记-压缩；垃圾收集的过程中会Stop The World（服务暂停）
参数控制： -XX:+UseSerialGC 串行收集器
ParNew收集器
ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本。新生代并行，老年代串行；新生代复制算法、老年代标记-压缩
参数控制：
-XX:+UseParNewGC ParNew收集器
-XX:ParallelGCThreads 限制线程数量
Parallel收集器
Parallel Scavenge收集器类似ParNew收集器，Parallel收集器更关注系统的吞吐量。可以通过参数来打开自适应调节策略，虚拟机会根据当前系统的运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间或最大的吞吐量；也可以通过参数控制GC的时间不大于多少毫秒或者比例；新生代复制算法、老年代标记-压缩
参数控制： -XX:+UseParallelGC 使用Parallel收集器+ 老年代串行
Parallel Old 收集器
Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记－整理”算法。这个收集器是在JDK 1.6中才开始提供
参数控制： -XX:+UseParallelOldGC 使用Parallel收集器+ 老年代并行
CMS收集器
Concurrent Mark Sweep
是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。目前很大一部分的Java应用都集中在互联网站或B/S系统的服务端上，这类应用尤其重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短，以给用户带来较好的体验。
从名字（包含“Mark Sweep”）上就可以看出CMS收集器是基于“标记-清除”算法实现的，它的运作过程相对于前面几种收集器来说要更复杂一些，整个过程分为4个步骤
初始标记（CMS initial mark）
需要“Stop The World”
仅仅只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象，速度很快
并发标记（CMS concurrent mark）
需要“Stop The World”
并发标记阶段就是进行GC Roots Tracing的过程
重新标记（CMS remark）
为了修正并发标记期间，因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，这个阶段的停顿时间一般会比初始标记阶段稍长一些，但远比并发标记的时间短
并发清除（CMS concurrent sweep）
CMS收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发地执行。老年代收集器（新生代使用ParNew）
优点: 并发收集、低停顿
缺点: 产生大量空间碎片、并发阶段会降低吞吐量
参数控制：
-XX:+UseConcMarkSweepGC 使用CMS收集器
-XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection Full GC后，进行一次碎片整理；整理过程是独占的，会引起停顿时间变长
-XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction 设置进行几次Full GC后，进行一次碎片整理
-XX:ParallelCMSThreads 设定CMS的线程数量（一般情况约等于可用CPU数量）
G1收集器
G1是目前技术发展的最前沿成果之一，HotSpot开发团队赋予它的使命是未来可以替换掉JDK1.5中发布的CMS收集器。与CMS收集器相比G1收集器有以下特点
空间整合，G1收集器采用标记整理算法，不会产生内存空间碎片。分配大对象时不会因为无法找到连续空间而提前触发下一次GC。
可预测停顿，这是G1的另一大优势，降低停顿时间是G1和CMS的共同关注点，但G1除了追求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为N毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒，这几乎已经是实时Java（RTSJ）的垃圾收集器的特征了。
上面提到的垃圾收集器，收集的范围都是整个新生代或者老年代，而G1不再是这样。使用G1收集器时，Java堆的内存布局与其他收集器有很大差别，它将整个Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），虽然还保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔阂了，它们都是一部分（可以不连续）Region的集合
G1的新生代收集跟ParNew类似，当新生代占用达到一定比例的时候，开始触发收集。和CMS类似，G1收集器收集老年代对象会有短暂停顿
收集步骤：
1、标记阶段，首先初始标记(Initial-Mark),这个阶段是停顿的(Stop the World Event)，并且会触发一次普通Mintor GC。对应GC log:GC pause (young) (inital-mark)
2、Root Region Scanning，程序运行过程中会回收survivor区(存活到老年代)，这一过程必须在young GC之前完成。
3、Concurrent Marking，在整个堆中进行并发标记(和应用程序并发执行)，此过程可能被young GC中断。在并发标记阶段，若发现区域对象中的所有对象都是垃圾，那个这个区域会被立即回收，同时，并发标记过程中，会计算每个区域的对象活性(区域中存活对象的比例)。
4、Remark, 再标记，会有短暂停顿(STW)。再标记阶段是用来收集 并发标记阶段 产生新的垃圾(并发阶段和应用程序一同运行)；G1中采用了比CMS更快的初始快照算法:snapshot-at-the-beginning (SATB)。
5、Copy/Clean up，多线程清除失活对象，会有STW。G1将回收区域的存活对象拷贝到新区域，清除Remember Sets，并发清空回收区域并把它返回到空闲区域链表中。
6、复制/清除过程后。回收区域的活性对象已经被集中回收到对应的区域
常用收集器组合
分支主题
JMM
Java内存模型，是java虚拟机规范中所定义的一种内存模型，描述了Java程序中各种变量(线程共享变量)的访问规则，以及在JVM中将变量，存储到内存和从内存中读取变量这样的底层细节
所有的共享变量（实例变量和类变量）都存储于主内存，不包含局部变量，因为局部变量是线程私有的
线程对变量的所有的操作(读，取)都必须在工作内存中完成，而不能直接读写主内存中的变量
不同线程之间也不能直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量的值的传递需要通过主内存中转换来进行
可见性问题的解决方案
加锁
某一个线程进入synchronized代码块前后，线程会获得锁，清空工作内存，从主内存拷贝共享变量最新的值到工作内存成为副本，执行代码，将修改后的副本的值刷新回主内存中，线程释放锁
volatile
定义
每个线程操作数据的时候会把数据从主内存读取到自己的工作内存，如果他操作了数据并且写回了，他其他已经读取的线程的变量副本就会失效了，需要都数据进行操作又要再次去主内存中读取了
而volatile保证不同线程对共享变量操作的可见性，也就是说一个线程修改了volatile修饰的变量，当修改写回主内存时，另外一个线程立即看到最新的值
MESI（缓存一致性协议）
当CPU写数据时，如果发现操作的变量是共享变量，即在其他CPU中也存在该变量的副本，会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行置为无效状态，因此当其他CPU需要读取这个变量时，发现自己缓存中缓存该变量的缓存行是无效的，那么它就会从内存重新读取
如何发现失效
嗅探
每个处理器通过嗅探在总线上传播的数据来检查自己缓存的值是不是过期了，当处理器发现自己缓存行对应的内存地址被修改，就会将当前处理器的缓存行设置成无效状态，当处理器对这个数据进行修改操作的时候，会重新从系统内存中把数据读到处理器缓存里
问题：会造成总线风暴问题
由于Volatile的MESI缓存一致性协议，需要不断的从主内存嗅探和cas不断循环，无效交互会导致总线带宽达到峰值
解决：部分volatile和使用synchronize（cas）
有序性
禁止指令重排序
为了提高性能，编译器和处理器常常会对既定的代码执行顺序进行指令重排序
以双重检查所单例举例，对象创建的步骤
1、分配内存空间。
2、调用构造器，初始化实例。
3、返回地址给引用
有可能构造函数在对象初始化完成前就赋值完成了，在内存里面开辟了一片存储区域后直接返回内存的引用，这个时候还没真正的初始化完对象。
但是别的线程去判断instance！=null，直接拿去用了，其实这个对象是个半成品，那就有空指针异常了
重排序类型
编译器优化的重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序
指令级并行的重排序。现代处理器采用了指令级并行技术来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序
内存系统的重排序。由于处理器使用缓存和读/写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行的
as-if-serial
不管怎么重排序，单线程下的执行结果不能被改变
编译器、runtime和处理器都必须遵守as-if-serial语义
内存屏障
java编译器会在生成指令系列时在适当的位置会插入内存屏障指令来禁止特定类型的处理器重排序
分支主题
volatile写是在前面和后面分别插入内存屏障，而volatile读操作是在后面插入两个内存屏障
写
第二个是StoreLoad屏障
读
分支主题
happens-before
如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见，那么这两个操作之间必须存在happens-before关系
volatile域规则：对一个volatile域的写操作，happens-before于任意线程后续对这个volatile域的读
无法保证原子性
一次操作，要么完全成功，要么完全失败
假设现在有N个线程对同一个变量进行累加也是没办法保证结果是对的，因为读写这个过程并不是原子性的
解决：要么用原子类，比如AtomicInteger，要么加锁，Atomic也是用CAS原理
与 synchronized 的区别
volatile只能修饰实例变量和类变量，而synchronized可以修饰方法，以及代码块
volatile保证数据的可见性，但是不保证原子性(多线程进行写操作，不保证线程安全);而synchronized是一种排他(互斥)的机制
volatile用于禁止指令重排序：可以解决单例双重检查对象初始化代码执行乱序问题
volatile可以看做是轻量版的synchronized，volatile不保证原子性，但是如果是对一个共享变量进行多个线程的赋值，而没有其他的操作，那么就可以用volatile来代替
synchronized，因为赋值本身是有原子性的，而volatile又保证了可见性，所以就可以保证线程安全
总结
volatile修饰符适用于以下场景：某个属性被多个线程共享，其中有一个线程修改了此属性，其他线程可以立即得到修改后的值，比如booleanflag;或者作为触发器，实现轻量级同步
volatile属性的读写操作都是无锁的，它不能替代synchronized，因为它没有提供原子性和互斥性。因为无锁，不需要花费时间在获取锁和释放锁_上，所以说它是低成本的
volatile只能作用于属性，我们用volatile修饰属性，这样compilers就不会对这个属性做指令重排序
volatile提供了可见性，任何一个线程对其的修改将立马对其他线程可见，volatile属性不会被线程缓存，始终从主 存中读取
volatile提供了happens-before保证，对volatile变量v的写入happens-before所有其他线程后续对v的读操作
volatile可以使得long和double的赋值是原子的
volatile可以在单例双重检查中实现可见性和禁止指令重排序，从而保证安全性
GC分析
获取 Java GC日志
使用命令动态查看
jstat-gc
jstat -gc 1262 2000 20
每隔2000ms输出1262的gc情况，一共输出20次
在容器中设置相关参数打印GC日志
GC参数
分类
-XX:+PrintGC 输出GC日志
-XX:+PrintGCDetails 输出GC的详细日志
-XX:+PrintGCTimeStamps 输出GC的时间戳（以基准时间的形式）
-XX:+PrintGCDateStamps 输出GC的时间戳（以日期的形式，如 2017-09-04T21:53:59.234+0800）
-XX:+PrintHeapAtGC 在进行GC的前后打印出堆的信息
-Xloggc:../logs/gc.log 日志文件的输出路径
Tomcat 设置示例
-Xms2000m-Xmx2000m-Xmn800m-XX:PermSize=64m-XX:MaxPermSize=256m
Xms，即为jvm启动时得JVM初始堆大小,Xmx为jvm的最大堆大小，xmn为新生代的大小，permsize为永久代的初始大小，MaxPermSize为永久代的最大空间
-XX:SurvivorRatio=4
SurvivorRatio为新生代空间中的Eden区和救助空间Survivor区的大小比值，默认是32，也就是说Eden区是 Survivor区的32倍大小，要注意Survivo是有两个区的，因此Surivivor其实占整个young genertation的1/34。调小这个参数将增大survivor区，让对象尽量在survitor区呆长一点，减少进入年老代的对象。去掉救助空间的想法是让大部分不能马上回收的数据尽快进入年老代，加快年老代的回收频率，减少年老代暴涨的可能性，这个是通过将-XX:SurvivorRatio 设置成比较大的值（比如65536)来做到
-verbose:gc-Xloggc:$CATALINA_HOME/logs/gc.log
将虚拟机每次垃圾回收的信息写到日志文件中，文件名由file指定，文件格式是平文件，内容和-verbose:gc输出内容相同
-Djava.awt.headless=true
Headless模式是系统的一种配置模式。在该模式下，系统缺少了显示设备、键盘或鼠标
-XX:+PrintGCTimeStamps-XX:+PrintGCDetails
设置gc日志的格式
-Dsun.rmi.dgc.server.gcInterval=600000-Dsun.rmi.dgc.client.gcInterval=600000
指定rmi调用时gc的时间间隔
-XX:+UseConcMarkSweepGC-XX:MaxTenuringThreshold=15
采用并发gc方式，经过15次minor gc 后进入年老代
如何分析GC日志
PSYoungGen、ParOldGen、PSPermGen属于Parallel收集器。其中PSYoungGen表示gc回收前后年轻代的内存变化；ParOldGen表示gc回收前后老年代的内存变化；PSPermGen表示gc回收前后永久区的内存变化。young gc 主要是针对年轻代进行内存回收比较频繁，耗时短；full gc 会对整个堆内存进行回城，耗时长，因此一般尽量减少full gc的次数
Young GC日志
分支主题
Full GC日志
分支主题
GC分析工具
GChisto
可以通过gc日志来分析：Minor GC、full gc的时间、频率等等，通过列表、报表、图表等不同的形式来反应gc的情况
GC Pause Stats
可以查看GC 的次数、GC的时间、GC的开销、最大GC时间和最小GC时间等，以及相应的柱状图
GC Pause Distribution
查看GC停顿的详细分布，x轴表示垃圾收集停顿时间，y轴表示是停顿次数
GC Timeline
显示整个时间线上的垃圾收集
GC Easy
在线分析
类加载
定义
类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个 java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。类的加载的最终产品是位于堆区中的 Class对象， Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口
类加载器并不需要等到某个类被“首次主动使用”时再加载它，JVM规范允许类加载器在预料某个类将要被使用时就预先加载它，如果在预先加载的过程中遇到了.class文件缺失或存在错误，类加载器必须在程序首次主动使用该类时才报告错误（LinkageError错误）如果这个类一直没有被程序主动使用，那么类加载器就不会报告错误
加载.class文件的方式
从本地系统中直接加载
通过网络下载.class文件
从zip，jar等归档文件中加载.class文件
从专有数据库中提取.class文件
将Java源文件动态编译为.class文件
生命周期
前五个为类加载过程
加载，验证，准备，解析，初始化，使用，卸载
加载
查找并加载类的二进制数据加载时类加载过程的第一个阶段，在加载阶段，虚拟机需要完成三件事情，见下
加载阶段完成后，虚拟机外部的二进制字节流就按照虚拟机所需的格式存储在方法区之中，而且在Java堆中也创建一个 java.lang.Class类的对象，这样便可以通过该对象访问方法区中的这些数据
通过一个类的全限定名来获取其定义的二进制字节流。
将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。
在Java堆中生成一个代表这个类的 java.lang.Class对象，作为对方法区中这些数据的访问入口。
验证
验证是连接阶段的第一步，这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。验证阶段大致会完成4个阶段的检验动作
验证阶段是非常重要的，但不是必须的，它对程序运行期没有影响，如果所引用的类经过反复验证，那么可以考虑采用 -Xverifynone参数来关闭大部分的类验证措施，以缩短虚拟机类加载的时间
文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件格式的规范；例如：是否以 0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内、常量池中的常量是否有不被支持的类型。
元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析（注意：对比javac编译阶段的语义分析），以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求；例如：这个类是否有父类，除了 java.lang.Object之外。
字节码验证：通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。
符号引用验证：确保解析动作能正确执行。
准备
准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些内存都将在方法区中分配
1、这时候进行内存分配的仅包括类变量（static），而不包括实例变量，实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在Java堆中。
2、这里所设置的初始值通常情况下是数据类型默认的零值（如0、0L、null、false等），而不是被在Java代码中被显式地赋予的值。
其他注意点
对基本数据类型来说，对于类变量（static）和全局变量，如果不显式地对其赋值而直接使用，则系统会为其赋予默认的零值，而对于局部变量来说，在使用前必须显式地为其赋值，否则编译时不通过。
对于同时被static和final修饰的常量，必须在声明的时候就为其显式地赋值，否则编译时不通过；而只被final修饰的常量则既可以在声明时显式地为其赋值，也可以在类初始化时显式地为其赋值，总之，在使用前必须为其显式地赋值，系统不会为其赋予默认零值。
对于引用数据类型reference来说，如数组引用、对象引用等，如果没有对其进行显式地赋值而直接使用，系统都会为其赋予默认的零值，即null。
如果在数组初始化时没有对数组中的各元素赋值，那么其中的元素将根据对应的数据类型而被赋予默认的零值。
3、如果类字段的字段属性表中存在 ConstantValue属性，即同时被final和static修饰，那么在准备阶段变量value就会被初始化为ConstValue属性所指定的值
解析
解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程，解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量。
直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄
初始化
初始化，为类的静态变量赋予正确的初始值，JVM负责对类进行初始化，主要对类变量进行初始化。在Java中对类变量进行初始值设定有两种方式
方式
①声明类变量是指定初始值
②使用静态代码块为类变量指定初始值
步骤
1、假如这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类
2、假如该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类
3、假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句
类初始化时机
主动使用
创建类的实例，也就是new的方式
访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
调用类的静态方法
反射（如 Class.forName(“com.shengsiyuan.Test”)）
初始化某个类的子类，则其父类也会被初始化
Java虚拟机启动时被标明为启动类的类（ JavaTest），直接使用 java.exe命令来运行某个主类
使用
卸载
执行了 System.exit()方法
程序正常执行结束
程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止
类加载器
图示
分支主题
这里父类加载器并不是通过继承关系来实现的，而是采用组合实现的
分类
启动类加载器
BootstrapClassLoader
负责加载存放在 JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安装目录，下同)下，或被 -Xbootclasspath参数指定的路径中的，并且能被虚拟机识别的类库（如rt.jar，所有的java.开头的类均被 BootstrapClassLoader加载）。启动类加载器是无法被Java程序直接引用的
扩展类加载器
ExtensionClassLoader
该加载器由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载 JDK\jre\lib\ext目录中，或者由 java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库（如javax.开头的类），开发者可以直接使用扩展类加载器
应用程序类加载器
ApplicationClassLoader
该类加载器由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现，它负责加载用户类路径（ClassPath）所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器
扩展：自行编写类加载器
1、在执行非置信代码之前，自动验证数字签名。
2、动态地创建符合用户特定需要的定制化构建类。
3、从特定的场所取得java class，例如数据库中和网络中。
类加载机制
全盘负责，当一个类加载器负责加载某个Class时，该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入，除非显式使用另外一个类加载器来载入
父类委托，先让父类加载器试图加载该类，只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类
缓存机制，缓存机制将会保证所有加载过的Class都会被缓存，当程序中需要使用某个Class时，类加载器先从缓存区寻找该Class，只有缓存区不存在，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换成Class对象，存入缓存区。这就是为什么修改了Class后，必须重启JVM，程序的修改才会生效
类加载方式
分类
1、命令行启动应用时候由JVM初始化加载
2、通过Class.forName()方法动态加载
3、通过ClassLoader.loadClass()方法动态加载
Class.forName()和ClassLoader.loadClass()区别
Class.forName()：将类的.class文件加载到jvm中之外，还会对类进行解释，执行类中的static块；
ClassLoader.loadClass()：只干一件事情，就是将.class文件加载到jvm中，不会执行static中的内容,只有在newInstance才会去执行static块。
Class.forName(name,initialize,loader)带参函数也可控制是否加载static块。并且只有调用了newInstance()方法采用调用构造函数，创建类的对象
双亲委派模型
工作流程
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，而是把请求委托给父加载器去完成，依次向上，因此，所有的类加载请求最终都应该被传递到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器在它的搜索范围中没有找到所需的类时，即无法完成该加载，子加载器才会尝试自己去加载该类
双亲委派机制
1、当 AppClassLoader加载一个class时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给父类加载器ExtClassLoader去完成。
2、当 ExtClassLoader加载一个class时，它首先也不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给BootStrapClassLoader去完成。
3、如果 BootStrapClassLoader加载失败（例如在 $JAVA_HOME/jre/lib里未查找到该class），会使用 ExtClassLoader来尝试加载；
4、若ExtClassLoader也加载失败，则会使用 AppClassLoader来加载，如果 AppClassLoader也加载失败，则会报出异常 ClassNotFoundException。
意义
系统类防止内存中出现多份同样的字节码
保证Java程序安全稳定运行
源码
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException{
return loadClass(name,false);
}
protected synchronized Class<?> loadClass(String name,boolean resolve)throws ClassNotFoundException{
// 首先判断该类型是否已经被加载
Class c = findLoadedClass(name);
if(c == null){
//如果没有被加载，就委托给父类加载或者委派给启动类加载器加载
try{
if(parent !=null){
//如果存在父类加载器，就委派给父类加载器加载
c =parent.loadClass(name,false);
}else{
//如果不存在父类加载器，就检查是否是由启动类加载器加载的类，通过调用本地方法native Class findBootstrapClass(String name)
c =findBootstrapClass0(name);
}
}
catch(ClassNotFoundException e)
{
// 如果父类加载器和启动类加载器都不能完成加载任务，才调用自身的加载功能
c =findClass(name);
}
}
if(resolve){
resolveClass(c);
}
return c;
}
自定义类加载器
有时候需要自定义类加载器，比如应用是通过网络来传输 Java类的字节码，为保证安全性，这些字节码经过了加密处理，这时系统类加载器就无法对其进行加载，这样则需要自定义类加载器来实现，继承ClassLoader类，重写findClass方法
注意点
1、这里传递的文件名需要是类的全限定性名称，即 com.paddx.test.classloading.Test格式的，因为 defineClass 方法是按这种格式进行处理的。
2、最好不要重写loadClass方法，因为这样容易破坏双亲委托模式。
3、这类Test 类本身可以被 AppClassLoader类加载，因此我们不能把 com/paddx/test/classloading/Test.class放在类路径下。否则，由于双亲委托机制的存在，会直接导致该类由 AppClassLoader加载，而不会通过我们自定义类加载器来加载。
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