JAVA et JVM - e

JAVA et JVM
Introduction
Jean-Jacques LE COZ
Le langage JAVA
Langage de programmation orienté objet
Créateurs
James Gosling
Patrick Naughton
Date de création officielle
23 mai 1995
Origine
●
Projet Stealth, puis Green Project
1990
Le langage C++ pas satisfaisant
●
Car orientations du projet vers l'embarqué
Objectifs
●
●
●
●
Sécurité
Portabilité
Environnement distribué
Multi-threading
Le langage
●
Syntaxe proche du C++
●
Indépendant de la plateforme
Byte code
●
Mécanisme de ramasse-miettes
Garbage collector
●
Méta-données
Réflexion (accès dynamique)
●
Orientations réseau
Trois cadriciels
●
JAVA SE
Standard Edition
●
●
●
JDK (développement)
JRE (exécution)
JAVA EE
Enterprise Edition
●
●
XML, EJB, Web, Services Web
JAVA ME
Micro Edition
Commandes de base
●
Compilation
Commande javac
●
Exécution
Commande java
●
●
Test de version : java -version
Création et exécution de paquetages de
distribution
Commande jar
Paquetages Java
●
JAR
JAVA SE
JAVA EE EJB
●
WAR
JAVA EE Web avec IHM
●
EAR
Entreprise
●
Composition EJB (jar) + Web (war)
Outils de gestion de projet
●
Ant
Standard de fait
Même concept que Makefile d'UNIX
Avec la portabilité en plus
●
Maven
Au dessus de Ant
Orienté génération d'applications
Fonctionne en réseau
Variables d'environnement
●
JAVA_HOME
Lieu d'installation de la distribution JDK
●
JRE_HOME
Lieu d'installation de la distribution JRE
●
CLASSPATH
Lieu d'installation des librairies Java
●
●
Nécessaires à la compilation
Nécessaires à l'exécution
Machine virtuelle Java
Introduction
JVM
●
Java Virtual Machine
Instance de JRE
●
Interprète et exécute le bytecode Java
●
Spécifique à chaque plateforme
Linux, UNIX (AIX, SOLARIS)
MacOS (Apple)
Windows, Vista (Microsoft)
z/OS (IBM)
Activité de la JVM
●
Exécution du bytecode
●
Compilation à la volée
●
Gestion de la mémoire
Allocation mémoire avec l'OS
Allocation JAVA (HEAP)
Nettoyage de la mémoire (Garbage)
Fuite mémoire
●
Objets dans le mauvais contexte
●
Le GC préfère les objets à vie courte
public class Foo {
private String[ ] names;
public void doIt(int length) {
if (names == null || names.length < length)
names = new String[length];
populate(names);
print(names);
}
Public class Foo {
public void doIt(int length) {
String[ ] names = new String[length];
populate(names);
print(names);
}
Mythes sur la gestion mémoire
●
Mettre à null les références aide le GC
En revanche le code est plus clair
Peut améliorer les performances
●
Appeler System.gc()
●
Éviter si possible les allocations d'objets
Au contraire la JVM est très rapide dans la
création des objets
Portabilité
●
Concept
« write once, run anywhere »
●
●
Les versions de JVM pour plateformes sont
spécifiques
Le code n'a pas besoin d'être recompilé
Attention à la compilation juste à temps
●
●
JIT (Just in Time)
Java SUN HotSpot
JIT: just-in-time
●
●
Compilation à la volée encore appelée
traduction dynamique
Combine les avantages de la compilation
native et du bytecode.
Lorsque le bytecode est exécuté, le
compilateur le traduit en code machine
natif
●
Grâce à la librairie Java Native Interface
Le bytecode déployé reste portable
JAVA HotSpot VM
●
Optimisation flexible
En fonction du bytecode le plus utilisé
●
JIT Compilateur
Le code natif issu de la compilation à la
volée est stocké en cache
●
Garbage Collector amélioré
●
Synchronisation rapide des threads
JAVA et méta-données
●
La JVM stocke les méta-données relatives
aux objets
●
La JVM expose des API de supervision
●
Intérêts
Introspection dynamique de la JVM
Embarquement d'agents de supervision
Modification dynamique du bytecode
Support de langages
●
JavaFX
●
Ruby avec JRuby
●
JavaScript avec Rhino
●
Python avec Jython
●
Groovy
●
Scala
●
Clojure
Licence
●
Propriété de SUN MICROSYSTEM
Gratuité, code source
●
Depuis la version 1.5 (Tiger)
Développement en mode JCP
●
Java Community Process
Spécifications sous forme JSR
●
●
Java Specification Requests
Depuis 2007
Mode communautaire OPENJDK (GPL)
Éditeurs
●
SUN MICROSYSTEMS
●
IBM
●
BEA (Oracle)
●
OpenJDK
Communauté libre avec possibilité de
donation de code et d'enrichissements
●
●
Apple
SUN, IBM, REDHAT, UBUNTU, ...
Oracle
●
●
La société Oracle a racheté en avril 2009
Sun Microsystems
Cette acquisition a été acceptée par l'Union
Européenne début 2010
Redwood Shores, CA - April 20, 2009
Oracle Corporation (NASDAQ: ORCL) and Sun Microsystems (NASDAQ: JAVA) announced
today they have entered into a definitive agreement under which Oracle will acquire Sun
common stock for $9.50 per share in cash. The transaction is valued at approximately $7.4
billion, or $5.6 billion net of Sun’s cash and debt. “We expect this acquisition to be accretive to
Oracle’s earnings by at least 15 cents on a non-GAAP basis in the first full year after closing.
We estimate that the acquired business will contribute over $1.5 billion to Oracle’s non-GAAP
operating profit in the first year, increasing to over $2 billion in the second year. This would
make the Sun acquisition more profitable in per share contribution in the first year than we
had planned for the acquisitions of BEA, PeopleSoft and Siebel combined,” said Oracle
President Safra Catz.
JVM
À l'intérieur de la JVM
Zones d'exécution de la JVM
●
Données associées à la JVM
Création au démarrage de la JVM
Destruction à l'arrêt de la JVM
●
Données associées aux Thread
Création au démarrage d'une thread
Destruction à la fin d'une thread
Zones d'exécution de la JVM
●
JVM
Supporte de nombreuses thread
●
Registre
pc register (program counter)
●
●
Un par thread
Stack
Chaque thread possède son stack
Créé en même temps que la thread
Contient des pages mémoire (frame)
Zones d'exécution de la JVM
●
Frame
Contient :
●
●
●
●
Les variables locales et résultats partiels
Données pour liens dynamiques
Valeurs de retour des méthodes
Exceptions
Allouée dans un tas (Heap)
●
Taille du stack contenant les frame
Option -oss au lancement de la JVM
Zones d'exécution de la JVM
●
Heap
Partagé entre threads
Gestion de la mémoire du Heap
●
●
Ramasse-miette (Garbage Collector)
Taille du Heap contenant les stacks
Option -Xms (taille initiale)
Option -Xmx (taille maximum)
●
Exception
OutOfMemeoryError
Tas et ramasse miettes
HEAP
garbage
Racine des
références
garbage
garbage
garbage
Garbage Collector
●
Recherche des objets non référencés
Depuis les racines des applications
●
Thread stacks, static fields, registers
Parcours le tas en partant de la racine
●
●
●
Visite chaque objet vivant
Tous les objets non atteignables sont
détruits (garbage)
Multiplicité de solutions
Algorithmes (différents selon les générations d'objet)
Utilité du ramasse miette
●
Renforcement de la fiabilité
Pas de « fuite » mémoire
Pas de pointeur « dangling »
Augmente la productivité du développeur
●
●
Pas de programmation de la mémoire
Possibilité qu'un objet vivant soit référencé
mais pas utilisé
Rétention d'objets (OutOfMemoryError)
●
Exemple: trop de singletons
Statistiques
●
La plupart des objets ont une vie courte
90%*
●
Les vieux objets ont tendance à vivre très
longtemps
10%
Loi des 90/10
Inconvénient du ramasse miette
●
L'activité du ramasse miette provoque des
pauses dans l'exécution des applications
Zones d'exécution de la JVM
●
Le tas (heap) est divisé en 3 espaces
Zone jeune (Young space)
●
●
Zone Eden et deux espaces Survivor
Partie virtuelle
Zone vielle
●
●
Partie Tenured ou old
Partie virtuelle
Zone permanente
●
●
Partie Perm
Partie virtuelle
Zones d'exécution de la JVM
●
La zone jeune
Young space
●
Pour les objets récents (enfants)
Création dans la zone Eden
●
Deux espaces Survivor
Un occupé par les objets, l'autre libre
Le Survivor libre sert d'espace de copie
● Le GC y copie les objets référencés
de l'Eden et du Survivor occupé
Partie virtuelle
●
Zone tampon
Zones d'exécution de la JVM
●
La zone vielle
Les objets à longue durée de vie sont
copiés du Survivor dans le old space
Tenured ou old space
●
Objets à longue durée de vie (ancêtres)
Partie virtuelle
●
Zone tampon
Zones d'exécution de la JVM
●
La zone permanente
Perm space
●
●
Contient toutes les données statiques
Le code binaire de chaque classe chargée
Partie virtuelle
●
Zone tampon
Les espaces « Génération »
NOUVEAUX OBJETS
PERM
OLD
| 64MB
|
|
|
|
JVM
Old
SS#1
|
SS#2
New / Young
Utilisé par l'application
Espace total du tas (HEAP)
EDEN
|
|
|
Fonctionnement
du Garbage Collector
●
Minor Garbage Collection
Déclenché quand le Eden est plein
Parcours le Eden et le Survivor courant
●
●
●
Déplacement des objets référencés dans le
Old ou dans l'autre Survivor
Les autres objets sont détruits (garbage)
Un nouveau Tenured age est calculé
Estampille
Fonctionnement
du Garbage Collector
●
Major Garbage Collection
Déclenché quand le Old est plein
Tous les espaces sont nettoyés (garbage)
Toutes les autres activités sont suspendues
Zones d'exécution de la JVM
●
Aire pour les méthodes
Method Area
Partagée entre les threads
Analogue aux segments mémoire UNIX
Stockage
●
Les structures pour les classes
Runtime Constant pool
Code des méthodes
Champs et données des méthodes
●
Non paramétrable par défaut
Zones d'exécution de la JVM
●
Runtime Constant Pool
Un par interface ou classe
Représentation de la table Constant pool
du bytecode de chaque classe ou
interface
Zones d'exécution de la JVM
●
Native Method Stack
Pour supporter les méthodes écrites dans
un autre langage que Java
●
Exceptions
StackOveFlowError
OutOfMemoryError
Ligne de commande et JVM
●
Options au lancement de la JVM
java -option nom du programme
java -X:option nom du programme
java -XX:option nom du programme
java -Xoption nom du programme
●
Ces options peuvent se conjuguer
●
Très grand nombre d'options
Mais tuning délicat
Options de base
●
Verbeux et version
Option -verbose
Option -version
●
CLASSPATH
Option -cp ou -classpath
●
Debug
De la compilation avec option -g
Debug distant à l'exécution : -Xdebug
Options de base
●
Mode de lancement
Client : java -client programme
Serveur : java -server programme
●
Tuning « Ergonomics » (server class)
Automatique
Machine avec 2 CPU
Au moins 2GB de mémoire
● Compilation avec option -server
● -XX:+UseParallelGC
● -Xms taille initiale heap: 1/64 RAM
● -Xmx taille maxi heap: ¼ RAM
Options de base
●
Options de mémoire
Tas (heap)
●
●
●
Option -Xms pour taille initiale
Option -Xmx pour taille maximale
Ratios de mémoire pour le tas
En fonction de ces ratios
● Pourcentage de mémoire
● La JVM augmente ou diminue le tas
● Après le passage du GC
Option -XX:MaxHeapFreeRatio
Option -X:MinHeapFreeRatio
Options de base
●
Définition de propriétés système
Option -Dpropriete=valeur
●
Exécution de paquetages exécutables
Option -jar
●
Ramasse-miettes
Verbeux
●
Option -verbose:gc
Journalisation
●
Option -Xloggc:fichier
Ramasse-miettes
●
Gestionnaire de la mémoire
●
Évite les fuites mémoire
●
Thread déclenché en basse priorité
●
Il doit gérer des milliers d'objets
●
Gros impact sur les performances
●
Peut-être non lancé (versions JVM <= 1.4)
Peut être invoqué dans une application
●
System.gc()
Ramasse-miettes
●
Option de journalisation
Option -Xloggc:fichier
Structure du journal
●
●
●
●
●
●
●
R(n) = T(n): [ <GC> HB->HE(HC), D]
R(n) enregistrement GC
T(n) Temps
HB quantité de heap utilisé avant GC
HE quantité de heap utilisé après GC
HC total de heap
D durée du cycle
Ramasse-miettes
●
Garbage collector
Pour libérer de la mémoire
Outil de parcours de graphes d'objets
●
Suppression des objets non référencés
Plusieurs algorithmes
●
Minor Collection
Recopie les « vivants » vers le Survivor libre
●
Major Collection (algorithme Mark-Sweep-Compact)
Parcours de tout les « morts » et marquage
Second parcours pour défragmentation
Ramasse-miettes
●
A chaque exécution du GC
Interruption de l'application
●
Options du Garbage collector
-Xms
-Xmx
-XX:NewRatio=
●
Rapport entre old et young spaces
-XX:SurvivorRatio=
●
Rapport entre Eden et Survivor
Ramasse-miettes
●
Options du Garbage collector
-Xincgc active le GC incrémental
●
●
Le GC effectue une partie de Major
Collection à chaque Minor Collection
Élimine l'attente lors des Major Collection
-XX:+UseParallelGC
●
-XX:ParallelGCThreads=
-XX:+UseConcMarkSweepGC
●
-XX:+UseParNewGC
JVM tuning
introduction
Optimisation
●
Bonnes performances de base pour les
JVM 1.6
Pas besoin de tuning
●
Serveur
Grand tas (heap), parallèle GC,
compilateur HOTSPOT serveur
●
Client
Petit tas, séquentiel GC et compilateur
HOTSPOT client
Diagnostique
●
GC
Option -verbose:gc
Option -XX:+PrintHeapAtGC
●
Fichier de sortie
Option
-Xrunhprof:heap=sites,cpu=samples,dept
h=10,thread=y,doe=y
●
Option -XX:+HeapdumpOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=C:\OOM.txt
Solutions
●
Mémoire
Taille du tas (HEAP)
●
espaces young et tenured pas perm
Option -ms -Xms
Option -mx -Xmx (défaut :64mb)
Pour l'espace Perm
●
Option -XX:PermSize=256
-XX:MaxPermSize=256m
JAVA
Java Pratique
Les commandes
●
Liste des commandes
java -Xprof
●
Version de JVM
java -version
●
Compilation
javac programme-source
●
Exécution
java programme-byte-code
Les archives
●
Archive jar
Librairies JAVA SE
Composants d'entreprise (EJB)
●
Archive war
Applications Web
Services Web
●
Archive ear
Applications d'entreprise (WEB+EJB)
Archive jar
●
Construction
jar -cvf
●
Extraction
jar -xvf
●
Introspection
jar -tvf
●
Exécution
java -jar archive
Archive jar et méta-données
●
Le fichier manifest
Contient des informations sur l'archive
Les méta-informations permettent de
définir les utilisations possibles de
l'archive
Construction avec manifest
●
jar -cvfm
Construction sans manifest
●
jar -cvfM
Le fichier manifest
●
Contenu
Pairs attribut : valeur
●
Lieu de stockage
Sous le répertoire META-INF/
●
Chemin et nom par défaut
META-INF/MANIFEST.MF
Variables d'environnement
●
JAVA
CLASSPATH
●
JAVA et système
JAVA_HOME
JRE_HOME
●
Système
PATH
CLASSPATH
●
Deux fonctions
Chemin des ressources interne
Chemin des ressources externes
●
Deux emplois
Compilation et exécution
●
Commande
export CLASSPATH=ressources
Option -cp avec javac et java
VisualVM
introduction
Introduction
●
Produit disponible depuis la version 1.6
●
Écrit en JAVA
●
Interface Homme-machine graphique
●
Fonctionnalité
Organise et présente sous une forme
graphique les informations relatives à
l'exécution d'une application JAVA au
sein d'une JVM
JVM locale et distante
Informations traitées
●
Thread
Capture des processus fins actifs
●
Heap
Capture de l'état des objets dans le tas
●
Profiler
Analyse des performances
Utilisation mémoire
●
Snapshot
Utilisation
●
Démarrage
$JAVA_HOME/bin/jvisualvm
●
Mode local
Capture directement les applications
lancées avec une JVM 1.6 et le même
utilisateur
●
Mode Distant
Capture avec le protocole JMX les
applications lancées avec une JVM 1.6
Utilisation
●
Autres cas
Application lancées avec une JVM < 1.6
Applications lancées par un autre
utilisateur
Nécessite de lancer les applications avec
les options suivantes :
java -Dcom.sun.management.jmxremote.port=3333 \
-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false \
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false \
application
Extensions
●
Plugins
Installation de fonctionnalités
supplémentaires par le menu
JMX
Introduction
JMX
●
Java Management Extension (JMX)
Standard de la plateforme JAVA SE
Gestion de ressources (monitorage)
●
Applications, appareils et services
Basé sur un agent serveur
●
●
MBean server
MXBean
Connecteurs standards
●
JMX Connectors
Protcoles JMX
●
Plusieurs protocoles
SNMP (Simple Network Management Protocol)
JAVA RMI
Protocoles propriétaires
API JMX
●
Classes
ManagementFactory
●
Méthode getPlatformMBeanServer()
MBeanServer
●
Méthode registerMBean(mbean, nom)
Exemple
public interface HelloMBean {
public void sayHello();
public int add(int x, int y);
public String getName();
}
public int getCacheSize();
public void setCacheSize(int size);
Exemple
public class Hello implements HelloMBean {
public void sayHello() {
System.out.println("hello, world");
}
public int add(int x, int y) {
return x + y;
}
public String getName() {
return this.name;
}
public int getCacheSize() {
return this.cacheSize;
}
public synchronized void setCacheSize(int size) {
this.cacheSize = size;
System.out.println("Cache size now " + this.cacheSize);
}
private final String name = "Reginald";
private int cacheSize = DEFAULT_CACHE_SIZE;
private static final int DEFAULT_CACHE_SIZE = 200;
}
Exemple
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
MBeanServer mbs = ManagementFactory.getPlatformMBeanServer();
ObjectName name = new ObjectName("com.example:type=Hello");
Hello mbean = new Hello();
mbs.registerMBean(mbean, name);
}
}
System.out.println("Waiting forever...");
Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);
Exemple
Exécution :
java -Dcom.sun.management.jmxremote
Puis lancement de visualvm
Main