JVM Internals and Garbage Collectors

How JMV works and what garbage collectors do we have in 2019

Transcript

1. JVM & GC Принципы работы виртуальной машины Java и управления памятью Николай Смирнов
2. Обо мне • Java-программист с 2007 г. • Преподаватель курса «Технологии разработки качественного ПО» с 2018 г. (ИКНТ) • Руководитель группы автоматизации тестирования отдела Платформы http://bercut.com 2
3. План • Как устроена JVM • Структура памяти Java-приложения • Принципы работы GC • Сравнение сборщиков мусора в JVM 3
4. Что такое JVM? • Абстракция над вычислительной машиной • Часть JRE (Runtime Environment) • Исполнитель bytecode • Менеджер памяти • Определяется спецификацией [1] 4
5. Архитектура JVM 5 [2]
6. Компиляция в C 6 [2]
7. Компиляция в Java 7 [2]
8. Загрузка классов в JVM 8 [2]
9. ClassLoader • Loading .class -> method area + Class<T> • Linking: verify, allocate, resolve refs • Initialization: static context 9 App CL Ext CL Bootstrap CL JAVA_HOME/jre/lib/ext ClassPath CL 1 CL 1 CL X ClassNotFoundException
10. Данные класса 10 Student s1 = new Student(); // Получение класс-объекта Class c1 = s1.getClass(); System.out.println("classname: " + c1.getName()); // получение всех методов (и приватных тоже) Method m[] = c1.getDeclaredMethods(); for (Method method : m) System.out.println(method.getName() + "()"); // получение всех полей (и приватных тоже) Field f[] = c1.getDeclaredFields(); for (Field field : f) System.out.println("field " + field.getName()); Вывод: classname: Student getName() setName() field name
11. Execution Engine 11 Интерпретатор JIT компилятор Garbage Collector AOT компилятор Graal. Java 9 // stack=3, locals=1, args_size=1 // 0: getstatic // 3: new // 6: dup // 7: invokespecial // 10: ldc // 12: invokevirtual > javap –v *.class
12. Garbage Collector менеджер памяти 12
13. Как в C/C++? • Free() – обязанность разработчика • 80% ошибок с продуктива – утечки памяти (мои наблюдения) 13
14. Reference Counting 14
15. Reference Counting 15
16. Mark & Sweep • Разметить достижимые объекты • Остальное отметить свободным 16
17. GC Roots • Local vars|Active threads|Static fields|JNI refs 17
18. Гипотеза поколений 18
19. Memory Pools 19
20. SLA latency / throughput / capacity 20
21. YoungGen. Mark & Copy • XX:+MaxTenuringThreshold=15 21
22. OldGen • Mark • Sweep • Compact 22
23. PermGen -> Metaspace • До Java8 – PermGen: classes, internalized str • -XX:MaxPermSize=256m • С Java8: Metaspace • Native memory: unlimited by default • -XX:MaxMetaspaceSize=256m 23
24. Типы сборок • Minor GC = YoungGen • Major GC = OldGen • Full GC = Full Heap GC 24 -XX:+PrintGCDetails
25. Когда Java-объект == мусор? • Ссылка на объект = null • Ссылка на объект переприсвоена • Local var в завершенном методе • Объект входит в Island of Isolation 25
26. -XX:+UseSerialGC • YoungGen – serial mark-copy • OldGen – serial mark-sweep-compact • «Stop the world» паузы при работе • Когда использовать: только для маленького хипа и машины с 1 CPU 26
27. -XX:+UseParallelGC • YoungGen – parallel mark-copy • OldGen – parallel mark-sweep-compact • «Stop the world» паузы при работе • -XX:ParallelGCThreads=NNN • Когда использовать: для многоядерных машин 27
28. -XX:+UseConcMarkSweepGC • Young – parallel mark-copy (stop-the-world) • Old – «почти» конкурентный mark-sweep • Нет стадии compact! • GC nThreads = ¼ nCores • Когда использовать: для многоядерных машин, когда нужны малые паузы (low latency)! 28
29. -XX:+UseG1GC • soft real-time performance goals specified for the application 29
30. Garbage First 30 • Default для Java9, есть в Java8 • Когда использовать: на современных машинах – всегда.
31. Serial • -XX:-ShrinkHeapInSteps + Full GC (с Java9) 31
32. Parallel 32
33. G1 33
34. CMS • -XX:-ShrinkHeapInSteps + Full GC (с Java9) 34
35. JEP 189: Shenandoah GC • -XX:+UnlockExperimentalVMOptions • -XX:ShenandoahGuaranteedGCInterval=10000 35
36. JEP 351: ZGC • 15% overhead • 10-20 ms pauses • Продукт Oracle • -XX:+UnlockExperimentalVMOptions • -XX:+UseZGC 36
37. Как вызвать GC? • YAGNI (You Aren’t Gonna Need It) • В коде: System.gc(); • В коде: Runtime.getRuntime().gc(); • В консоли: jcmd <pid> GC.run • Через JVisualVM 37
38. Деструктор в Java?! • protected void finalize() • Джошуа Блох «Effective Java»: “Методы finalize непредсказуемы, часто опасны и, как правило, не нужны… • Для тестов – норм 38
39. Что мы узнали • Что у JVM под капотом • Алгоритм загрузки классов • Области памяти • JIT-компиляция • Когда какой сборщик мусора использовать • Алгоритмы сборки мусора • Как писать код, чтобы мусор собирался 39
40. Ссылки 1. Java Language and Virtual Machine Specifications – https://docs.oracle.com/javase/specs 2. Java Virtual Machine (JVM) & its Architecture – https://www.guru99.com/java- virtual-machine-jvm.html 3. Gaurav Miglani. How JVM Works – JVM Architecture? – https://www.geeksforgeeks.org/jvm-works-jvm-architecture/ 4. Джошуа Блох. Effective Java – http://diggerdnepr.ddns.net/wp- content/uploads/2019/05/blokh_dzh_- _java_effektivnoe_programmirovanie_2_izdanie_-_2008.pdf 5. Laszlo Nardai. Java Version Upgrades: GC Overview. – https://dzone.com/articles/java-version-upgrades-gc-overview 6. Шипилёв Алексей. Shenandoah GC: сборщик мусора, который смог – https://shipilev.net/talks/jpoint-April2017-shenandoah.pdf 7. Garbage Collection in Java – https://plumbr.io/handbook/garbage-collection-in- java 40
41. Контакты • nikolai.smirnov@gmail.com • nikolai.smirnov@bercut.com • https://t.me/nikolaismirnov • Skype: sng1402 • Github: @nikolai 41