JVM简单了解

一、JVM概述

1.jvm的作用

将.class字节码文件装载，编译解释为该平台对应的机器码。jvm不仅可以加载java的字节码文件还可以加载其他语言的字节码文件。

2.jvm的组成

jvm的整体组成分为以下四个部分

1.类加载器（ClassLoder）

2.运行时数据区(Runtime Data Area)

3.执行引擎(Excute Engine)

4.本地库接口(Native Interface)

2.1类加载

类加载系统从文件系统或网络中加载class文件，而是否可以运行由执行引擎决定。

2.1.1加载

使用流将硬盘上的字节码读取到内存中（运行时数据区）的方法区中，生成对象的class对象

2.1.2链接

验证：验证字节码格式是否正确，检查class字节码文件是否被篡改

准备：为静态变量赋默认值，如static int a = 123;此时a被赋予int类型默认值0；

解析：将字节码中符号引用替换成直接引用,(符号引号就是字节码中的逻辑符号,直接引用就是内存地址)

2.1.3初始化

当类完成初始化，即代表这个类加载完成。

初始化过程中主要有以下功能，1.初始化类中静态变量；2.执行静态代码块；如果有父类，则从父类开始递归初始化。初始化过程中是在执行底层构造方法<client>()，该方法是由编译器生成的。

什么时候初始化？（即类什么时候被加载）

1.使用类中的静态成员，如调用类中的静态方法，静态变量

2.运行类中的main方法

3.new该类的对象

4.加载该类的子类

5.通过反射机制 Class.forName()

有以下两种情况不会被初始化

1.使用类中的静态常量

2.使用该类创建一个数组对象

2.1.4类加载器分类

引导类加载器（启动类加载器，bootstrap classloder）

这个类加载器用语言和C++实现，嵌套在jvm内部，负责加载java核心库中的类。如java.lang、java.util、java.math、java.io、java.sql等包中的类。

扩展类加载器（extension classloder）

这个类加载器由java语言实现,用于加载java8\jre\lib\ext 目录下的类

应用程序类加载器（application classloder）

这个类加载器由java语言实现，用于加载我们自定义的类。

2.1.5双亲委派机制

该机制是指在类加载过程中，会先由上级的类加载器进行加载，如果找不到该类，则逐级由下面的类加载器加载，如果找不到类则抛出ClassNotFoundException异常。该机制是必要的，可以有效地防止用户自定义的类因为地址名重复而覆盖源代码的类。

2.2运行时数据区

**作用：**运行时数据区是java程序运行时，jvm存储数据和管理程序执行的内存区域。

虽然各虚拟机的运行时数据区略有不同，但是都是满足java虚拟机的规范的，java8虚拟机规定，运行时数据区包括以下区域：1.方法区；2.堆；3.程序计数器；4.本地方法栈；5.虚拟机栈

2.2.1程序计数器

作用： 程序计数器是用来记录当前线程中执行的指令的位置

程序计数器特点：

程序计数器是用来记录当前线程中执行的指令的位置，因此每个线程都有一个程序计数器，程序计数器是线程私有的；

程序计数器占用内存小，执行速度快；

程序计数器随线程而生，随线程而死；

程序计数器不存在内存溢出的情况。

2.2.2虚拟机栈

**作用：**虚拟机栈是java执行方法的区域

虚拟机栈的特点：

虚拟机栈中程序可以执行java方法，属于运行结构，每个线程都会有一个虚拟机栈，因此虚拟机栈也是线程私有的。

当栈中执行的方法过多时，会出现栈溢出异常。

栈运行特点,先进后出/后进先出

方法被调用过后，在栈中称为栈帧 ，栈帧内部包括局部变量表，表达式栈，方法返回地址

局部变量表 中存储方法中的参数和方法内部的局部变量，基本数据类型直接存值，引用类型则存储对象的引用。

表达式栈 进行方法中的所有计算过程。

当一个方法执行完毕之后，要返回之前调用它的地方，因此在栈帧中必须保存一个方法返回地址。

2.2.3本地方法栈

**作用：**本地方法栈主要用来运行被调用的本地方法（用native修饰的方法，由操作系统实现的c++/c语言方法）

2.2.4java堆内存

**作用：**堆是用来存储运行时产生的所有对象。

堆的特点：

堆是java内存管理的最大区域，是jvm中内存最大的区域。堆的内存大小是可以调节的（运行时数据区中除了程序计数器的大小不可以调整以外，其他均可以通过jvm调优来调整大小）。例如:-Xms:10m(堆起始大小)-Xmx:30m(堆最大内存大小)。

java产生的所有对象都在堆中存储

所有的线程共享堆内存

堆空间会发生内存溢出

堆中是垃圾回收的主要区域

堆的空间分区：

堆分为新生区和老年区，新生区又分为伊甸园区和幸存者区，幸存者区又分为幸存者0区和幸存者1区。

对象在堆中的分配过程： 新产生的对象首先存放在伊甸园区，在第一次GC后，所有未被回收的对象会被转移到幸存者0区；在第二次GC后，伊甸园区和幸存者0区的所有对象会被转移到幸存者1区；再次进行GC后，伊甸园区和幸存者1区的所有对象都会转移到幸存者0区，如此循环往复，直到对象的GC次数超过15次，就会被转移到老年区，老年区的对象就相对稳定，GC的频率会较低。或者当对象较大时也会被送到老年区。

**堆空间分区的必要性：**对堆空间进行分区是必要的，通过对对象在堆中进行分区，来调整GC对对象的扫描频率，从而提高GC的效率。

设置堆空间的参数：

-Xms:初始堆空间内存

-Xmx:最大堆空间内存

-Xmn:设置新生代的大小

-XX:MaxTenuringTreshold:设置新生代垃圾的最大年龄

2.2.5方法区

**作用：**方法区主要用来储存加载到内存中的类信息，也会存储静态方法和变量及即时编译器编译的代码

方法区特点： 方法区物理上和堆处于同一个空间，但是逻辑上会对其进行区分，我们又称方法区为元空间

方法区大小是可以设置的，通过对:MetaspaceSize=<N>参数进行修改, 方法区一旦空间不足,会触发FULL GC(整堆收集),会影响应用程序线程,一般情况下,可以把方法区设置较大一点

方法区存在内存溢出

方法区存在垃圾回收

方法区中的类什么时候会被回收？

想要对方法区中的类进行回收，需要满足以下三个条件：

1.方法区中该类及其所有子类的实例都不存在

2.加载该类的类加载器不存在了

3.该类的Class对象不存在了

2.3本地方法库接口

**作用：**本地库接口是一个编程框架，可以让java代码与其他语言编写的代码进行交互，即让java程序调用本地方法（c语言或c++）。

**什么是本地方法：**本地方法就是用native关键字修饰的方法

**为什么要调用本地方法：**本地方法可以与操作系统上的硬件进行交互，而java属于应用程序语言，没有权限操作硬件设备。

new Object().hashCode(); //public native int hashCode();  获取内存地址
new FileInputStream("").read();  //private native int read0() 读硬盘数据
new Thread().start();//    private native void start0(); 把线程注册到操作系统

2.4执行引擎

**作用：**执行引擎（excution engine）的作用是将字节码文件解释/编译为对应平台上的机器语言。其充当了高级语言和机器语言之间的翻译官。

2.4.1解释器

解释就是对字节码逐行解释成机器码的过程，该过程响应速度快，程序运行就可以投入使用，但是逐行解释效率较低。

2.4.2JIT编译器

编译就是对字节码整体编译后执行，编译需要花费一定时间，但是效率高。JIT编译器会对热点代码进行编译后缓存，以后使用时就不需要进行编译操作了。

2.4.3半解释半编译

java是半解释半编译语言，这样设计既可以在程序运行之处利用解释的特点立即执行，也能通过编译操作提升效率。

2.5垃圾回收

什么是垃圾： 垃圾就是程序运行过程中没有任何引用能访问到的对象。
**清理垃圾：**如果不及时对垃圾进行清理，就会导致堆内存溢出。因为垃圾会一直占据内存知到程序运行结束。

内存溢出： 内存溢出就是内存不够用了，但是还有新的对象产生，于是程序抛出异常。
**内存泄漏：**内存泄漏是因为某些对象程序已经不再使用了，但因为某些原因仍存在应用，GC无法对其进行回收，例如数据库连接对象，网络Socket对象。

**Stop The World（STW）：**在GC过程中，会将应用程序的线程停止，发生短暂的卡顿。

finalize机制： java中的Object类提供了一个finalize（）方法，这个方法是在对象被判定为垃圾后，在被回收之前自动被垃圾回收器调用的方法。该方法是针对对象的，只能被调用一次。如果在第一次的finalize（）方法中将本标记为垃圾对象复活（为其重新指向引用），则第二次垃圾回收时就不会调用finalize（）方法了。

对象的分类：

1.可触及：没有被判定为垃圾对象

2.可复活：被判定为垃圾对象，但是还没调用过finalize（）方法。

3.不可触及：第二次被判定为垃圾对象。

2.5.1早期的垃圾回收

早期的C和C++都是手动申请内存，手动释放内存。此种设定可以精确地管理内存，使用时申请，不需要时就释放。但是会给程序员带来较大的负担，一旦忘记释放内存，就会产生内存泄漏。

2.5.2java的垃圾回收

java采用的是自动垃圾回收，解放了程序员，不用再关心什么时候释放空间。

2.5.3垃圾回收的区域

堆是垃圾回收的重点区域，对堆中的新生代会频繁进行GC操作，较少对老年区GC。方法区因为类加载信息回收较为苛刻，需要等到FULL GC（整堆回收）。

2.5.4垃圾回收算法

++2.5.4.1垃圾标记阶段的算法++

**1.引用计数算法（Reference Counting）**对每个对象都有一个引用计数的属性，当引用计数为0时，表示该对象已不存在引用指向他，便标记为垃圾。然而该方法有个致命缺点，就是无法解决循环引用问题，从而导致内存泄漏。

2.可达性分析算法 该方法从活跃对象开始向下寻找，与活跃对象相连接的都是被使用的，而未与活跃对象连接的就是垃圾对象。

活跃对象包括：

1.虚拟机栈中方法使用的对象；

2.引用类型静态变量

static Object globalVariable = new Object(); // 静态变量是GC Root

3.所有被同步锁持有的对象

4.jvm内部的引用对象，如常驻的异常对象，类加载器等。

++2.5.4.2正式回收阶段算法++

1.标记复制算法：

标记复制算法可以有多个内存空间 ，会将区域中的有用对象集体复制 到其他区域中，然后将原本区域中的对象全部清除 。通常适用于回收新生区。因为新生区中垃圾较多，需要复制的对象较少。

2.标记清除算法

该算法只需要一块内存，会将被标记为垃圾的对象直接清除，但是回收后会导致内存碎片化，适用于老年区，老年区中垃圾较少。

3.标记压缩算法

该方法只需要用到一块内存，会将被标记的对象删除后，再对剩余对象进行移动，防止产生碎片化区域。

分代收集

年轻代的对象,存活的少,垃圾多,使用标记复制算法进行回收

老年代的对象大,且存活时间长,采用标记清除和标记压缩算法进行回收

优化垃圾回收效率

2.5.5垃圾回收器

1.分类：

垃圾回收器按线程数分为：

单线程（串行）Serial

多线程（并行）Parallel 垃圾回收器。

从工作模式上分为:

独占式的: 当垃圾回收线程在执行时,其他用户线程暂停（STW）

并发式的: 垃圾回收线程和用户线程可以同时执行, 减少了用户线程暂停的次数和时间，并未完全不存在STW。

按照工作内存分为:

新生代垃圾收集器

老年代垃圾收集器

jdk8支持的垃圾回收器: