JVM是什么?
JVM是一种规范.

JVM用来干什么?
Java虚拟机将字节码文件(.class)编译成操作系统可以识别的机器码.

Java程序的执行过程
java程序首先经过javac编译成.class文件,然后jvm将其翻译成操作系统可以识别的机器码.

JVM、JRE、JDK之间的关系
JVM只是一个翻译,将字节码文件翻译成机器识别的代码
JRE除了包含JVM外,提供了很多类库(jar包)
JDK除了包含JRE外,还提供了一些非常好用的小工具,如:javac(编译代码)、javap(反编译代码)、jar(打包代码)、java等

运行时数据区(除此之外还有:直接内存)

• 方法区 (线程共享区)
• 堆 (线程共享区)
• 虚拟机栈 (线程私有区)
• 本地方法栈 (线程私有区)
• 程序计数器 (线程私有区)

每个私有线程包含一个虚拟机栈,每个虚拟机栈中可以包含多个栈帧,我们代码中执行的每个方法会被封装成一个个的栈帧

栈帧的组成部分

• 局部变量表

• 操作数栈

• 动态连接

• 返回地址

  程序计数器的作用(只会记录虚拟机栈,不会记录本地方法栈)
  程序计数器用于记录栈帧中字节码代码执行的偏移量,有些字节码代码可能会占多行,所以计数器在记录的时候可能中间存在缺失某个行号的情况,如12345679,中间没有执行第8行代码,因为第7行代码占2个偏移量,所以后面接9

  操作数栈的作用
  操作数栈用于在栈帧中定义变量和运算时,将定义的变量放到操作数栈,然后在将这个变量从操作数栈取出,存放到局部变量表中.

  局部变量表的作用
  局部变量表用于将操作数栈的数据存入到局部变量表中,局部变量表是以索引和变量的值的形式来做存储的.

  返回地址的作用
  一个方法在执行完成后,会将局部变量表中的索引给返回出来,通过这个索引就可以拿到该位置存储的变量的值.

方法区
存字节码文件(如:Tearcher.class,类加载的时候放方法区)、静态变量、常量

JVM内存处理全流程

• JVM申请内存
• 初始化运行时数据区
• 类加载
• 执行方法
• 创建对象

堆
堆空间的分代划分

Java对象的分配与垃圾回收机制

JVM中对象的创建过程

• 检查加载
• 分配内存 (划分内存方式、并发安全问题)
• (内存空间)初始化 (‘零’值)
• 设置 (对象头)
• 对象初始化 (构造方法)

划分内存的方式

• 指针碰撞
• 空闲列表

解决并发安全

• CAS加失败重试
• 本地线程加缓冲

对象

• 对象头
  • 存储对象自身的运行时数据(Mark Word)
    • 哈希码
    • GC分代年龄
    • 锁状态标识
    • 线程持有的锁
    • 偏向线程ID
    • 偏向时间戳
  • 类型指针
  • 若对象为数组,还应该有记录数组长度的数据
• 实例数据
• 对其填充(非必须)

对象的访问定位 到对象类型数据的指针、对象的实例数据

• 使用句柄 (搞不明白) 堆内存包括:句柄池和实例池
• 直接指针 (搞不明白) 堆内存

判断对象的存活

• 引用计数法 (缺陷:对象相互引用)
• Class回收条件 (回收条件比较苛刻,需要满足以下所有条件)
  1. class new出的所有对象都要被回收掉(反射创建的对象)
  2. 对应的类加载器也要被回收掉
  3. 类,java.lang.class对象
  4. 任何地方都没有被引用,并且无法通过反射调用这个类的方法
  5. 参数控制(-Xnoclassgc参数需要关闭)
• 可达性分析(根可达GC roots)
  • 静态变量
  • 线程栈变量(局部变量)
  • 常量池
  • JNI指针
  • 内部引用:Class对象、异常对象Exception、类加载器
  • 同步锁,synchronized对象
  • 内部对象,JMXBean
  • 临时对象:跨代引用
• finalize

堆内存划分(新时代占1/3,老年代占2/3)

• 新时代 Eden、From(S0) 和 To(S1 ) 内存占用比例:8:1:1
• 老年代 Tenured

对象的分配策略

• 对象的分配原则
  • 对象优先分配到Eden区
  • 空间分配担保
  • 大对象直接进入老年代
  • 长期存活的对象进入老年代
  • 动态对象年龄判定
• 虚拟机的优化技术
  • 逃逸分析 + 触发JIT(热点数据)
  • 本地线程分配缓冲

垃圾回收算法

• 复制回收算法 (Appel式复制回收算法(利用Eden、S0、S1):提高空间利用率和空间分配担保)

  实现简单、运行高效
  没有内存碎片(将GC Roots对象复制到另外一半空间,然后清除之前的那一半空间)
  空间利用率只有一半

• 标记-清除算法

  位置不连续、产生碎片(清除垃圾对象后剩余空间不连续)
  可以做到不暂停(在清理垃圾对象时,GC Roots对象仍然可以正常操作)

• 标记-整理算法

  没有内存碎片(标记-整理-清除,将GC Roots对象整理成连续的对象,然后再清除垃圾对象,剩余的空间就是连续的)
  指针需要移动

CMS(Concurrent Mark Sweep)-并发垃圾回收器
标记清除算法,用于减少Stop The World(SWT)响应时间
专门用来处理堆内存中老年代垃圾
清理垃圾步骤

• 初始标记
• 并发标记 (可能包含了预清理、并发可中断预清理、CMS日志查看)
• 重新标记
• 并发清除

CMS中的问题

• CPU敏感 (需要4核CPU及以上的处理器)
• 浮动垃圾 (在并发清理阶段可能产生新的垃圾,而这些新的垃圾只能等到下一次垃圾清理的时候再处理,所以CMS需要预留一片内存空间,用于存放并发清理时产生的垃圾.)
• 内存碎片 (标记清除算法导致的)

JVM硬核调优技巧
1.JVM内存的分代划分?
新生代、老年代和持久代(永久代/元空间占1~1.5 倍活跃数据大小)
依据活跃数据来分配新生代、老年代的大小,堆内存大小为活跃数据的4倍,新生代为活跃数据的1-1.5倍,老年代为活跃数据的2-3倍大小
如:
活跃数据占300M
总堆: 300M * (3~4倍) = 1.2G
新生代: 300M * (1~1.5倍) = 450M
老年代: 300M * (2~3倍) = 750M

2.扩充新生代或 Eden区能提高GC效率吗?
一般情况下是可以提高GC效率的,因为新生代扩容后,内存达到一原来2倍的容量时才会进行垃圾回收,所以GC回收的时间间隔会变长;而大部分对象都是新生代的,由于新生代扩容,可能这些对象在增长的这段GC回收时间间隔内,由GC Roots对象变成了可回收的垃圾对象,所以能更高的对垃圾对象进行回收.
还有因为容量小时候,短时间内对对象进行GC回收,会扫描Eden区中的GC Roots对象,然后将他们复制到S0或S0,复制相较与扫描,会花费更多的时间;扩容新生代后明显能减少复制的时间.

3.JVM如何避免Minor GC会扫描全堆的?
利用卡表(card table)存储老年代中是否有新生代的引用,解决新生代与老年代跨代扫描问题,就只需要扫描新生代和卡表,而不需要再扫描整个堆内存(新生代+老年代)

常量池?

• Class常量池 (通过javap反编译.class文件可以看到Constant pool中的数据)
• 运行时常量池 (符号引用->直接引用)
• 字符串常量池 (String)

String

• 为什么说String是不可改变的?

  这个类final类型的
  public final class String
  同时里面的数组value也是final类型的
  private final char[] value;

• String的创建方式
  • String str = “abc”;
    代码在编译加载时,会在常量池中创建常量“abc”,运行时,返回常量池中字符串的引用.
  • String str = new String("abc");
    代码编译加载时,会在常量池中创建常量“abc”;
    在调用new时,会在堆中创建String对象,并引用常量池中的字符串对象char[]数组(String源码中本就是char[] value),并返回String对象的引用