JVM Safepoint 机制详解：导致应用 STW 的底层原理 大家好，今天我们来深入探讨 JVM 的 Safepoint 机制，以及它如何导致我们经常听到的 STW (Stop-The-World) 事件。Safepoint 是 JVM 实现一些重要功能的核心机制，理解它对于我们诊断和优化 JVM 应用至关重要。 什么是 Safepoint？ 简单来说，Safepoint 是 JVM 代码执行过程中的一个特殊位置，在这个位置上，所有线程都必须停下来，进入安全状态。这个"安全状态"意味着： 线程不能修改堆上的数据。 线程的栈信息是可知的，并且可以被安全地扫描。 所有线程都处于等待状态，直到 JVM 完成了需要停顿的操作。 想象一下，你在高速公路上开车，Safepoint 就像一个收费站，所有车辆（线程）必须停下来，等待收费员（JVM）完成一些工作，才能继续行驶。 为什么需要 Safepoint？ JVM 需要 Safepoint 来执行一些必须在全局一致状态下才能进行的操作，例如： 垃圾回收 (GC): 标记-清除、标记-整理等算法需要扫描整个堆，确定哪些对象需 …
Java应用CPU占用高分析：火焰图（Flame Graph）生成与热点方法定位
Java 应用 CPU 占用高分析：火焰图（Flame Graph）生成与热点方法定位 大家好！今天我们来探讨一个常见的 Java 应用性能问题：CPU 占用高。当我们的 Java 应用突然 CPU 占用率飙升，影响服务响应速度甚至导致崩溃时，我们需要快速定位问题所在。其中，火焰图（Flame Graph）是一种强大的可视化工具，能够帮助我们直观地找出 CPU 消耗的热点方法。 本次讲座将围绕以下几个方面展开： CPU 占用高的问题背景与常见原因 火焰图的基本原理与解读 生成火焰图的工具与步骤（包括 perf，jstack，async-profiler） 使用火焰图进行热点方法定位与分析 代码示例与最佳实践 解决 CPU 占用高的常见策略 1. CPU 占用高的问题背景与常见原因 CPU 占用高通常意味着应用程序正在消耗大量的 CPU 资源。这可能是由多种原因引起的，例如： 死循环： 代码中存在无限循环，导致 CPU 持续运行。 频繁的垃圾回收（GC）： 大量对象被创建和销毁，触发频繁的 GC，GC 过程会消耗 CPU 资源。 锁竞争： 多个线程争夺同一个锁，导致线程阻塞和上下文切换， …
JVM类加载器隔离：构建高可插拔插件化架构与解决复杂依赖冲突
JVM类加载器隔离：构建高可插拔插件化架构与解决复杂依赖冲突 大家好，今天我们来深入探讨JVM类加载器隔离这个话题，并探讨它在构建高可插拔插件化架构以及解决复杂依赖冲突中的作用。我相信通过今天的讲解，大家能够对类加载器有更深刻的理解，并能够在实际项目中灵活运用。 一、类加载器基础与层次结构 首先，我们要明确什么是类加载器。简单来说，类加载器负责将.class文件中的字节码加载到JVM中，并创建对应的java.lang.Class对象。Java虚拟机规范中定义了三种类型的类加载器，它们构成了一种层次结构： 启动类加载器 (Bootstrap ClassLoader): 这是JVM自带的，由C++编写，负责加载核心类库，例如java.lang.*等。它位于类加载器层次结构的顶端，是所有类加载器的父加载器。 扩展类加载器 (Extension ClassLoader): 由Java编写，负责加载jre/lib/ext目录下的类库。它是启动类加载器的子加载器。 系统类加载器 (System ClassLoader/Application ClassLoader): 也由Java编写，负责加载应 …
Java堆外内存泄漏的根源定位与解决：Netty Direct Buffer与Unsafe API管理
Java堆外内存泄漏：Netty Direct Buffer与Unsafe API管理 大家好，今天我们来深入探讨一个在高性能Java应用中经常遇到的问题：堆外内存泄漏。尤其是在使用Netty的Direct Buffer和Unsafe API时，这个问题更容易被忽略，最终导致系统崩溃。这次讲座将着重分析堆外内存泄漏的根源，定位方法，以及相应的解决方案。 堆外内存的意义与风险 首先，我们需要理解为什么会使用堆外内存。Java堆内存由JVM管理，GC负责自动回收。这简化了内存管理，但也带来了性能上的限制。频繁的GC会暂停应用程序的运行，影响响应速度。 堆外内存则绕过了JVM的内存管理，直接向操作系统申请内存。这有几个优点： 减少GC压力： 对象存储在堆外，GC扫描的范围缩小，减少了停顿时间。 更大的内存空间： 受限于JVM的堆大小设置，堆外内存可以突破这个限制，允许应用程序使用更大的内存。 跨进程共享： 堆外内存可以被多个进程共享，方便数据交换。 Direct I/O： 堆外内存可以直接与操作系统进行I/O操作，减少数据拷贝。 然而，堆外内存的管理也带来了风险： 手动管理： 必须手动申请和 …
JVM的JFR/JMC（飞行记录仪）低开销诊断：实现生产环境的性能Profiling
JVM的JFR/JMC（飞行记录仪）低开销诊断：实现生产环境的性能Profiling 大家好！今天我们来聊聊Java虚拟机（JVM）自带的强大工具：Java Flight Recorder (JFR) 和 Java Mission Control (JMC)。它们提供了一种低开销的方式，在生产环境中对Java应用程序进行性能Profiling和诊断。 传统的Profiling工具往往会对应用程序的性能产生较大的影响，使得在生产环境中使用变得困难。JFR/JMC的出现，旨在解决这个问题，它以极低的性能损耗，记录JVM运行时的各种事件，帮助我们定位性能瓶颈、内存泄漏、死锁等问题。 1. JFR：JVM内部的“黑匣子” Java Flight Recorder（JFR）是JVM内置的事件记录框架。它记录了JVM在运行时的各种事件，例如： CPU 使用情况： 线程占用 CPU 的时间，系统调用等。 内存分配： 对象创建、垃圾回收、内存泄漏等。 I/O 操作： 文件读写、网络通信等。 锁竞争： 线程等待锁的时间、锁的持有者等。 方法执行： 方法调用、执行时间等。 GC： 垃圾回收的频率、持续时间 …
Java HotSpot VM的JIT编译优化：方法内联、逃逸分析的极致性能提升
Java HotSpot VM 的 JIT 编译优化：方法内联、逃逸分析的极致性能提升 大家好，今天我们来深入探讨 Java HotSpot VM 中两种极其重要的 JIT (Just-In-Time) 编译优化技术：方法内联和逃逸分析。这两种优化技术能够显著提升 Java 程序的性能，理解它们的工作原理对于编写高性能的 Java 代码至关重要。 1. HotSpot VM 和 JIT 编译 在深入了解方法内联和逃逸分析之前，我们先简单回顾一下 HotSpot VM 和 JIT 编译的基本概念。 HotSpot VM 是 Oracle 官方提供的 Java 虚拟机，也是目前使用最广泛的 JVM 之一。它采用了多种技术来提高 Java 程序的性能，其中包括解释执行和 JIT 编译。 解释执行： Java 源代码首先被编译成字节码 (bytecode)。当 JVM 启动时，解释器逐条解释执行这些字节码。这种方式启动速度快，但执行效率相对较低。 JIT 编译： JIT 编译器会监控程序的运行情况，识别出频繁执行的热点代码 (hotspot code)。然后，它会将这些热点代码编译成机器码，直 …
JVM ZGC/Shenandoah垃圾收集器的并发标记与重分配阶段深度解析
JVM ZGC/Shenandoah垃圾收集器的并发标记与重分配阶段深度解析 大家好，今天我们来深入探讨JVM中ZGC和Shenandoah这两款前沿垃圾收集器的并发标记与重分配阶段。 这两个收集器都以低延迟为目标，它们在垃圾收集的大部分时间内与应用程序并发执行，最大程度地减少了Stop-The-World（STW）停顿。 1. 垃圾收集器概览 在深入细节之前，我们先简单回顾一下垃圾收集的基本概念。垃圾收集器负责自动管理JVM堆内存，它需要完成以下几个关键任务： 内存分配： 为新创建的对象分配内存空间。 垃圾识别： 识别不再被引用的对象（即垃圾）。 内存回收： 回收垃圾对象所占用的内存空间，使其可以被重新利用。 传统的垃圾收集器通常采用分代收集策略，将堆内存划分为新生代和老年代，并针对不同的代采用不同的收集算法。 然而，ZGC和Shenandoah 放弃了分代假设，采用更为全局的视角来管理堆内存，它们更关注如何减少 STW 时间。 2. ZGC 与 Shenandoah 的核心思想 ZGC和Shenandoah都是基于Region的垃圾收集器。这意味着堆内存被划分为多个大小相等的Reg …
Java应用中的并发控制：信号量Semaphore在资源有限场景的应用
Java并发控制：信号量Semaphore在资源有限场景的应用 各位朋友，大家好！今天我们来聊聊Java并发控制中一个非常重要的工具——信号量（Semaphore）。在实际应用中，我们经常会遇到资源有限的场景，例如数据库连接池、线程池、或者某种硬件资源等等。如何有效地管理这些资源，防止资源耗尽，保证系统的稳定性和性能，是并发编程中一个关键问题。而信号量，正是解决这类问题的利器。 1. 什么是信号量？ 信号量（Semaphore）是一个计数器，用于控制对共享资源的访问。它可以被看作是一种“许可证”机制。每个信号量维护一个许可证的数量，线程在访问共享资源之前，需要先获取一个许可证；当线程完成任务后，释放许可证，将其归还给信号量。 获取许可证（acquire()）： 如果信号量中存在许可证（计数器大于0），则线程可以获取许可证，计数器减1。如果计数器为0，则线程会被阻塞，直到有其他线程释放许可证。 释放许可证（release()）： 线程释放许可证后，计数器加1。如果有线程因为等待许可证而被阻塞，则其中一个线程会被唤醒，继续执行。 信号量可以分为两类： 二元信号量（Binary Semaph …
Java并发编程中的无锁（Lock-Free）队列设计：CAS操作与内存回收挑战
Java并发编程中的无锁（Lock-Free）队列设计：CAS操作与内存回收挑战 大家好，今天我们来深入探讨Java并发编程中一个重要的主题：无锁（Lock-Free）队列的设计。在多线程环境下，队列是一种常见的数据结构，用于在线程之间传递数据。传统的队列实现通常依赖于锁机制来保证线程安全，但锁机制在高并发场景下容易引起性能瓶颈。因此，无锁队列作为一种替代方案，受到越来越多的关注。 1. 为什么选择无锁队列？ 在深入代码之前，我们先来了解一下为什么要在并发场景下考虑无锁队列： 特性 锁（Lock-Based）队列 无锁（Lock-Free）队列 阻塞 线程在获取锁失败时会被阻塞。 线程不会被阻塞，而是不断重试操作，直到成功。 性能 锁的竞争会导致上下文切换，降低性能。 避免了锁的竞争，潜在地提高了并发性能。 死锁 可能出现死锁情况，需要谨慎设计。 避免了死锁问题。 优先级反转 可能出现优先级反转问题。 通常不会出现优先级反转问题。 复杂性 相对简单，易于理解和实现。 实现复杂，需要仔细考虑各种并发情况。 适用场景 竞争不激烈的场景。 高并发、低延迟要求的场景。 总的来说，无锁队列的优势 …
并发编程中的线性一致性（Linearizability）与顺序一致性保证的Java实现
并发编程中的线性一致性与顺序一致性保证的Java实现 大家好，今天我们来深入探讨并发编程中的两个重要概念：线性一致性（Linearizability）和顺序一致性（Sequential Consistency）。理解这两种一致性模型对于构建正确、可靠的并发系统至关重要。我们将通过Java代码示例，展示如何在实践中实现和验证这些模型。 1. 一致性模型概述 在并发环境中，多个线程（或进程）同时访问共享数据。一致性模型定义了这些线程读取和写入共享数据的行为规则。换句话说，它规定了在观察者看来，这些操作以何种顺序发生，以及它们返回什么样的结果。 一致性模型 说明 线性一致性 也称为原子性（Atomicity）。 线性一致性要求每个操作看起来都是在某个单一的时间点原子地执行的。 此外，所有操作必须以全局唯一的顺序执行，这个顺序必须和程序实际执行的顺序一致。 也就是说，如果一个操作A在另一个操作B开始之前完成，那么在全局顺序中，A也必须在B之前。 这是一种强一致性模型。 顺序一致性 顺序一致性要求所有线程以相同的顺序看到所有操作。 然而，这个顺序不一定是程序实际执行的顺序。 只要所有线程都看到相 …