JVM

图来自JavaGuide

程序计数器

• 程序计数器是线程私有的，每个线程一份，是线程安全的；
• 内部保存的字节码的行号，用于记录正在执行的字节码指令的地址。

java堆

• java堆是线程共享的区域（线程不安全），主要用来保存对象实例、数组等，内存不够会抛出OutOfMemoryError异常

• 一个JVM只有一个堆内存，堆内存大小可以调节

• 组成：年轻代+老年代

  • 年轻代分为三部分：Eden区和两个大小严格相同的Survivor区（8:1:1）
  • 老年代主要保存一些生命周期长的对象。

• JDK1.7 和1.8 的区别

  • 1.7 堆中有一个永久代，存储类信息、静态变量、常量、编译后的代码，不存在垃圾回收，关闭虚拟机就会释放这个区域的内存
  • 1.8中堆中移除了永久代，把数据存储到了本地内存的元空间中，防止内存溢出。

字符串常量池的变化：

• 1.6 在方法区
• 1.7在堆区
• 1.8 在元空间（1.8方法区变成了本地内存）

方法区是所有线程共享的内存，在java8以前是放在JVM内存中的，由永久代实现，受JVM内存大小参数的限制，在java8中移除了永久代的内容，方法区由元空间(Meta Space)实现，并直接放到了本地内存中，不受JVM参数的限制(当然，如果物理内存被占满了，方法区也会报OOM)，并且将原来放在方法区的字符串常量池和静态变量都转移到了Java堆中。

所有的对象都是在Eden区new出来

OOM解决方法：

• 扩大堆内存
• 分析内存，看哪里出现问题

永久代逻辑上存在，物理上不存在

堆内存调优

-Xms 1m 设置初始化内存分配大小 默认本机内存1/64

-Xmx 1m 设置最大分配内存 默认本机内存1/4

-XX:+PrintGCDetails 打印GC垃圾回收信息

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError: 导出OOM异常文件

虚拟机栈

• 每个线程运行时所需要的内存，称为虚拟机栈，先进后出
• 每个栈由多个栈帧（frame）组成，对应着每次方法调用时所占的内存
• 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法
• 8大基本类型、对象引用、实例方法

正在执行的方法一定在栈的顶部

运行时栈帧包含的结构：局部变量表、操作数栈、动态连接、返回地址、附加信息

垃圾回收是否涉及栈内存

不涉及，垃圾回收主要指堆内存，当栈帧弹栈后，内存就会释放

栈内存分配越大越好吗？

• 未必，默认栈内存1024k，栈帧过大会导致线程数变少

方法内的局部变量是否线程安全

• 若方法内局部变量没有逃离方法的作用范围，它是线程安全的；
• 若局部变量引用了对象并逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全

什么情况下会导致堆内存溢出（StackOverflow）

• 栈帧过多，典型问题：递归调用
• 栈帧过大

堆、栈的区别

• 栈内存一般用来存储局部变量和方法调用，堆内存用来存储java对象和数组。堆会GC垃圾回收，而栈不会。
• 栈内存是线程私有的，堆内存是线程共有的
• 两者异常错误不同，但如果栈内存或堆内存不足都会抛出异常。

方法区

• 方法区是各个线程共享的内存区域
• 主要存储静态变量、变量、类的信息、运行时常量池
• 虚拟机启动的时候创建，关闭虚拟机时释放。
• 若方法区中的内存无法满足分配请求，则会抛出OutOfMemoryError:Metaspace

运行时常量池

• 常量池可以看做一张表，虚拟机指令根据这张表找到要执行的类名、方法名、参数类型等信息
• 当类被加载时，它的常量池信息会放入运行时常量池，并将里面的符号地址变为真实地址。

直接内存

• 直接内存并不属于JVM的内存结构，不由JVM进行管理。是虚拟机的系统内存。
• 常见于NIO操作，用于数据缓冲区。读写性能高 ，不受JVM内存回收管理

GC垃圾回收

发生在堆。

垃圾回收算法

标记-清除算法

首先标记出所有不需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有没有被标记的对象。

缺点：

• 效率不高
• 产生大量不连续的内存碎片

复制算法

内存分为大小相同的两块，每次使用其中的一块，当这一块的内存使用完后，就将还存活的对象复制到另一块去，然后再把使用的空间一次清理掉。

作用于新生代的Survivor区

缺点：

• 可用内存变小，缩小为原来的一半
• 不适用于老年代

标记整理算法

标记过程仍然与"标记-清除"算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象回收，而是让所有存活的对象向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

根据老年代的特点提出的一种标记算法，多了整理这一步，因此效率也不高，适合老年代这种垃圾回收频率不是很高的场景。

分代收集算法

对象的生命周期不同，故根据对象的存货周期在堆中分为新生代、老年代，根据其特点选择合适的垃圾收集算法。

• 新生代：标记-复制算法（每次收集都有大量对象死去，只需要付出少量对象的复制成本就可以完成垃圾清除）
• 老年代：标记-清除或标记整理算法（对象存活几率高，要清除的少）

类的加载过程

主要分为七个过程

1. 加载

   • 通过类名，获取二进制流，
   • 解析类的二进制数据流为方法区内的数据结构（Java类模型）
   • 创建java.lang.Class类的实例，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

2. 验证

   验证类是否符合JVM规范

3. 准备

   为类变量分配内存并设置初始值

   • static变量是final的基本类型，以及字符串常量，值已确定，赋值在准备阶段完成

   • static变量，分配空间在准备阶段完成（设置默认值），赋值在初始化阶段完成

   • static变量是final的引用类型，那么赋值也会在初始化阶段完成

4. 解析

   把类中的符号引用转变为直接引用

5. 初始化

   对类的静态变量、静态代码块进行初始化操作

   • 从上到下
   • 优先初始化父类

6. 使用

   JVM 开始从入口方法开始执行用户的程序代码

   • 调用静态类成员信息（比如：静态字段、静态方法）
   • 使用new关键字为其创建对象实例

7. 卸载

   程序代码执行完毕后，JVM销毁Class对象，JVM也退出内存

双亲委派机制

当某个类加载器需要加载某个.class文件时，它首先把这个任务委托给他的上级类加载器，递归这个操作，如果上级的类加载器没有加载，下一级才会去加载这个类。

优点：

• 避免某一个类被重复加载，保证唯一性。
• 为了安全，保证类库API不会被修改

JVM调优

JVM调优主要是调整年轻代、老年代、元空间的内存大小及使用的垃圾回收器。

• 设置堆内存的初始化、最大内存

-Xms : 设置堆的初始化内存大小
-Xmx :设置堆的最大内存大小

• 设置年轻代中Eden区和Survivor区的大小比例（默认8:1:1）

-XX：SurvivorRatio=3，表示年轻代中的分配比率survivor:survivor:eden = 1:1:3

• 设置年轻代与老年代的大小比例(默认1:2)

-XX:newSize=n   设置年轻代的初始大小
-XX:MaxNewSize   设置年轻代的最大大小，  初始大小和最大大小两个值通常相同

• 线程堆栈的设置

  默认1M，但128k就够用了

-Xss   对每个线程stack大小的调整,-Xss128k