类加载机制与JVM调优命令

一、类加载过程

类加载：类加载器将.class字节码文件加载进Java虚拟机的内存中。

• 加载：在硬盘上查找并通过IO读入字节码文件
• 连接：执行校验、准备、解析（可选）步骤
  • 校验：校验字节码文件的正确性
  • 准备：给类的静态变量分配内存，并赋予默认值
  • 解析：类加载器载入类所引用的其他所有类
• 初始化：对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块

二、类加载器种类

• 引导类加载器：负责加载JRE的核心类库，如JRE目标下的rt.jar、charsets.jar等
• 扩展类加载器：负责加载JRE扩展目录ext中的jar类包
• 系统类加载器：负责加载ClassPath路径下的类包
• 自定义类加载器：负责加载用户自定义路径下的类包

例子：定义一个TestJDKClassLoader类。

运行结果：

分析：第一个为null（其实就是引导类加载器，引导类加载器是用C和C++写的，不在JDK中，根本不知道它的名字，类似于native方法），第二个为扩展类加载器，第三、四个为系统类加载器。

三、类加载机制

• 全盘负责委托机制：当一个ClassLoader加载一个类时，除非显示的使用另一个ClassLoader，否则该类所依赖和引用的类也由这个ClassLoader载入
• 双亲委派机制：指先委托父类加载器寻找目标类，在找不到的情况下再从自己的路径中查找并载入目标类

双亲委派模式的优势：

• 沙箱安全机制：自己写的String.class类不会被加载，这样可以防止核心API库被随意篡改
• 避免类的重复加载：当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次

例子：自己在ClassPath下定义一个的java.lang.String类，在程序代码中调用String对象（Java中的String.class位于核心类库rt.jar中）

分析：根据双亲委派机制，系统类加载器先委派拓展类加载器，拓展类加载器再委派引导类加载器，如果在引导类加载器中能够加载到String.class，则直接返回，这样就和自己写的Sring.class没什么关系了，如果引导类加载器没加载到，则由拓展类加载器再去加　载，加载到则返回，否则再由系统类加载器加载。

提问：JVM加载jar包是否会将包里的所有类全部加载进内存？（可以在启动程序时加上参数：-verbose:class观察）

JVM对class文件是按需加载（运行期间动态加载），非一次性加载。（用到哪个类才加载哪个类）

四、JVM性能调优监控工具

jps

查看java程序进程

分析：12108是tomcat进程，18828是jps进程，8764是eclipse进程。这三个程序都是由Java开发的。

Jinfo

查看正在运行的Java应用程序的扩展参数。

查看JVM的参数：jinfo -flags [vmid]

查看Java系统参数：jinfo -sysprops [vmid]

Jstat

查看堆内存各部分的使用量，以及加载类的数量。

jstat [-命令选项] [vmid] [间隔时间/毫秒] [查询次数]

（注意：使用的是JDK1.8）

类加载统计：jstat -class [vimd]

分析：

• Loaded：加载class的数量
• Bytes：所占用空间大小
• Unloaded：未加载数量
• Bytes：未加载占用空间
• Time：消耗时间

垃圾回收统计：jstat -gc [vmid]

• S0C：第一个幸存区的大小
• S1C：第二个幸存区的大小
• S0U：第一个幸存区的使用大小
• S1U：第二个幸存区的使用大小
• EC：伊甸园区的大小
• EU：伊甸园区的使用大小
• OC：老年代的大小
• OU：老年代的使用大小
• MC：方法区的大小（元数据区）
• MU： 方法区的使用大小
• CCSC：压缩类空间的大小
• CCSU：压缩类空间的使用大小
• YGC：年轻代垃圾回收次数
• YGCT：年轻代垃圾回收消耗时间
• FGC：老年代垃圾回收次数
• FGCT：老年代垃圾回收消耗时间
• GCT：垃圾回收消耗总时间

堆内存统计：jstat -gccapacity [vmid]

• NGCMN：新生代最小容量
• NGCMX：新生代最大容量
• NGC：当前新生代容量
• S0C：第一个幸存区大小
• S1C：第二个幸存区大小
• EC：伊甸园区的大小
• OGCMN：老年代最小容量
• OGCMX：老年代最大容量
• OGC：当前老年代大小
• OC：当前老年代大小
• MCMN：最小元数据容量
• MCMX：最大元数据容量
• MC：当前元数据空间大小
• CCSMN：最小压缩类空间大小
• CCSMX：最大压缩类空间大小
• CCSC：当前压缩类空间大小
• YGC：新生代GC次数
• FGC： 老年代GC次数

新生代垃圾回收统计：jstat -gcnew [vimd]

• S0C：第一个幸存区的大小
• S1C：第二个幸存区的大小
• S0U：第一个幸存区的使用大小
• S1U：第二个幸存区的使用大小
• TT：对象在新生代存活的次数
• MTT：对象在新生代存活的最大次数
• DSS：期望的幸存区大小
• EC：伊甸园区的大小
• EU：伊甸园区的使用大小
• YGC：新生代垃圾回收次数
• YGCT：新生代垃圾回收消耗时间

新生代内存统计：jstat -gcnewcapacity [vmid]

• NGCMN：新生代最小容量
• NGCMX：新生代最大容量
• NGC：当前新生代容量
• S0CMX：最大幸存1区大小
• S0C：当前幸存1区大小
• S1CMX：最大幸存2区大小
• S1C：当前幸存2区大小
• ECMX：最大伊甸园区大小
• EC：当前伊甸园区大小
• YGC：新生代垃圾回收次数
• FGC： 老年代垃圾回收次数

老年代垃圾回收统计：jstat -gcold [vmid]

• MC：方法区大小
• MU：方法区使用大小
• CCSC：压缩类空间大小
• CCSU：压缩类空间使用大小
• OC：老年代大小
• OU：老年代使用大小
• YGC：新生代垃圾回收次数
• FGC：老年代垃圾回收次数
• FGCT：老年代垃圾回收消耗时间
• GCT：垃圾回收消耗总时间

老年代内存统计：jstat -gcoldcapacity [vmid]

• OGCMN：老年代最小容量
• OGCMX：老年代最大容量
• OGC：当前老年代大小
• OC：老年代大小
• YGC：新生代垃圾回收次数
• FGC：老年代垃圾回收次数
• FGCT：老年代垃圾回收消耗时间
• GCT：垃圾回收消耗总时间

元数据空间统计：jstat -gcmetacapacity [vmid]

• MCMN：最小元数据容量
• MCMX：最大元数据容量
• MC：当前元数据空间大小
• CCSMN：最小压缩类空间大小
• CCSMX：最大压缩类空间大小
• CCSC：当前压缩类空间大小
• YGC：新生代垃圾回收次数
• FGC：老年代垃圾回收次数
• FGCT：老年代垃圾回收消耗时间
• GCT：垃圾回收消耗总时间

jstat -gcutil [vmid]

• S0：幸存1区当前使用比例
• S1：幸存2区当前使用比例
• E：伊甸园区使用比例
• O：老年代使用比例
• M：元数据区使用比例
• CCS：压缩使用比例
• YGC：新生代垃圾回收次数
• YGCT：新生代垃圾回收消耗时间
• FGC：老年代垃圾回收次数
• FGCT：老年代垃圾回收消耗时间
• GCT： 垃圾回收消耗总时间

Jmap（面试可能会问）

查看内存信息。

实例个数以及占用内存大小：jmap -histo [vmid]

打开log.txt，文件内容如下：

• num：序号
• instances：实例数量
• bytes：占用空间大小
• class name： 类名称

堆信息：jmap -heap [vmid]

堆内存dump：jmap -dump:format=b,file=[filename].hprof [vmid]

可以用JVisualVM命令工具导入该hprof快照文件分析内存运行时信息：jvisualvm

（这个工具里面的数据来源：其实就是来自Jinfo、Jmap、Jstack命令等）

（有些公司生产环境要求特别严格，linux环境下只能用jvm命令，不允许用可视化工具去调试诊断这些信息）

也可以设置内存溢出自动导出dump文件。（内存很大的时候，可能会导不出来）

① -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：

② -XX:HeapDumpPath=./（路径）

例子：运行一个OOMTest类，堆初始内存和最大内存设置为10M，让它尽快内存溢出。

当内存溢出时，自动导出dump快照文件（那一刻的内存运行情况），用JVisualVM打开：

Jstack（面试可能会问）

查看程序所有线程的堆栈情况：jstack [vmid]

用jstack查找死锁，见如下示例，也可以用jvisualvm查看死锁。

例子：运行一个DeadLockTest类，结果线程产生死锁现象。

用jps命令查看DeadLockTest进程id

接着执行：

结果：

用JVisualVM检测死锁：

JVisualVM除了本地连接以外，还能进行远程连接：

启动普通的jar程序JMX端口配置：

java -Dcom.sun.management.jmxremote.port=12345 -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false -jar foo.jar

tomcat的JMX配置：

JAVA_OPTS=-Dcom.sun.management.jmxremote.port=8999 -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false

JVisualVM远程连接服务器需要在远程服务器上配置host（连接ip、主机名），并且要关闭防火墙。

Jstack找出占用CPU最高的堆栈信息：

① 使用命令top -p [pid]，显示你的java进程的内存情况，pid是你的java进程号，比如4977。

② 按H，获取每个内存的线程情况。

③ 找到内存和CPU占用最高的线程tid，比如4977。

④ 转为十六进制得到0x1371，此为线程id的十六进制表示。

⑤ 执行jstack 4977|grep -A 10 1371，得到线程堆栈信息中1371这个线程所在行的后面10行。

⑥ 查看对应的堆栈信息找出可能存在问题的代码。