一、JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)

java的內(nèi)存模型主要分為5個部分，分別是：JVM堆、JVM棧、本地棧、方法區(qū)還有程序計數(shù)器，他們的用途分別是：

1. JVM堆：新建的對象都會放在這里，他是JVM中所占內(nèi)存最大的區(qū)域。他又分為新生區(qū)還有老年區(qū)，剛new出來的對象放在新生區(qū)，等到內(nèi)存不夠的時候，再轉(zhuǎn)移到老年區(qū)，這里面有一系列的GC算法，在后面講到。
2. JVM棧：他是以線程為單位進行存儲的，所以他只對單個線程是可見的。JVM棧是基于棧的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲的，每一個棧內(nèi)元素是一個棧幀，一個方法被調(diào)用，就生成一個棧幀，棧幀里面保存著：局部變量表、操作棧、動態(tài)鏈接還有方法返回地址信息。
3. 本地方法棧：jvm可以調(diào)用本地方法，通過JNI方法，這個區(qū)域就是用來保存本地調(diào)用的。
4. 本地方法區(qū)（Method Area）:本地方法區(qū)里面有方法常量池、保存類信息、保存方法信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在GC過程中，這里也是永久代數(shù)據(jù)保存的地方。
5. 程序計數(shù)器：就像CPU的寄存器一樣，他是記錄線程切換時候機器碼的行號和偏移量的，等方法回調(diào)能夠正?；氐椒椒?。

二、JMM內(nèi)存模型

Java的內(nèi)存模型決定了線程間的通信方式，JMM的模型是由主存和本地內(nèi)存構(gòu)成，兩個線程想要正常通行需要將本地內(nèi)存中的變量刷到主存中，另一個線程才能正確讀取得到，這個也是volitile關(guān)鍵詞的原理所在。

JMM模型決定了線程見的通信，由于線程內(nèi)的變量首先會存儲在本地內(nèi)存中，如果需要線程間通信，需要寫入主存中，供其他線程讀取。

由于JVM在執(zhí)行程序時會產(chǎn)生重排序，所有需要引入volitile等關(guān)鍵詞。

三、GC算法

1.可達性算法

1.1.引用計數(shù)算法

原理：對每個對象的引用計數(shù)，引用了則+1，釋放了則-1；

1.2.GC root算法

給定一個GC root的集合的引用作為根出發(fā)， 通過引用關(guān)系遍歷對象圖，能被遍歷到的(可達到的)對象就判定為存活, 其余對象(也就是沒有被遍歷到的)就自然被判定為死亡。

可以做GC root的是：

1. 虛擬機棧（方法）中引用的對象；
2. 類變量（靜態(tài)變量）引用的對象；
3. 常量引用的對象；
4. JNI引用的對象；

2.GC算法

1. 復(fù)制算法：從根集合開始掃描，將存活的對象復(fù)制到另一塊空閑的區(qū)域
2. 標記-清除算法：從根集合開始掃描，將存活的對象進行標記，將未標記的空間進行清空
3. 標記-壓縮算法：從根集合開始掃描，將存活的對象進行標記和清除，但清除后會將存活對象移動到空閑區(qū)域

對比：基于copy的算法適用于存活對象比較多的GC場景，Mark-sweep適合存活對象較少的場景。

copy based GC算法適合存活對象少的年輕代實現(xiàn)，mark-sweep GC算法適合再存活對象多的老年代實現(xiàn)。

四、GC回收器

衡量GC的指標主要是吞吐量、暫停時間。

吞吐量就是CPU用于運行用戶代碼的時間與CPU總消耗時間的比值，即吞吐量 = 運行用戶代碼時間 /（運行用戶代碼時間+垃圾收集時間）。比如：虛擬機總共運行了100分鐘，其中垃圾收集花掉1分鐘，那吞吐量就是99%。

暫停時間是指一個時間段內(nèi)應(yīng)用程序線程暫停，讓GC線程執(zhí)行的狀態(tài)。例如，GC期間100毫秒的暫停時間意味著在這100毫秒期間內(nèi)沒有應(yīng)用程序線程是活動的。

GC回收器的種類：

（1）serial回收器：就是在GC回收的時候工作線程暫定，他是一個串行的回收器；

（2）parallel回收器：就是GC回收器是并發(fā)執(zhí)行的，因此提升了GC的吞吐量，GC過程中會stop the world；

（3）CMS，他的全程是concurrent mark sweep，他的主要優(yōu)勢是在GC回收大多數(shù)時候不需要stop the world；

（4）G1:這個是從JDK7后推出的新的GC，在JDK1.9成為了默認的GC回收器；

1.CMS回收器

CMS是并發(fā)標記清除GC回收器件，其目標是\獲取最短GC停頓時間**，比較符合大型web server項目的使用場景。其GC階段經(jīng)過4個階段：

1. 初始標記：初始標記又GC root引用的對象，該過程會引發(fā)STW；
2. 并發(fā)標記：這個是不需要STW，并發(fā)標記要回收的對象；
3. 重新標記：這個節(jié)點重新標記并發(fā)階段產(chǎn)生的新的要回收的對象；
4. 并發(fā)清除；并發(fā)清除標記的要回收的對象；

CMS總結(jié)：

1. 優(yōu)點：（1）并發(fā)處理效率高；（2）GC的時候不會整體停頓STW，有效降低處理時延。
2. 缺點：（1）并發(fā)清理時會降低CPU性能；（2）標記-清理可能會造成大量內(nèi)存碎片；（3）并發(fā)清理階段還會產(chǎn)生垃圾，這種垃圾稱為浮動垃圾，需要下一次GC時才能清理掉。

2.G1回收器

G1回收器會將區(qū)域劃分為region，每個region可以是新生代也可以是老年代，通過控制對region的回收，做到對垃圾回收導(dǎo)致的STW可控。垃圾回收的階段前3個階段和CMS一致，只是最后一個節(jié)點需要通過混合清除來回收新生代和老年代所有的對象：

1. 初始標記；標記GC root對象，需要暫停所有用戶線程，該過程會引發(fā)STW；
2. 并發(fā)標記；標記GC root可達的對象。
3. 最終標記；標記在并發(fā)標記階段產(chǎn)生的需回收對象。
4. 篩選回收：對各個Region的回收成本和價值進行排序，根據(jù)用心要求的GC停頓時間來選擇需要GC的Region。

G1總結(jié)：

1. 優(yōu)點：（1）并發(fā)處理效率高；（2）整體停頓STW的時間可控；（3）新生掉和老年代都分為邏輯上的region，通過GC的復(fù)制算法解決內(nèi)存碎片的問題；
2. 缺點：引入了Remembered Set來保存內(nèi)存引用信息，所以增加了內(nèi)存占用，所以G1一般在大內(nèi)存的服務(wù)端環(huán)境使用，起步內(nèi)存大小為8G。

3.對比總結(jié)

總結(jié)：

1. 選擇GC主要考慮的是使用場景，一般嵌入式、內(nèi)存較小的選擇串行GC回收器；
2. 對于需求吞吐量大的常見可以選擇并行GC回收器；
3. 對于需要時延少的場景可以選擇CMS或者G1回收器；
4. CMS回收器整體更側(cè)重增大吞吐量，G1回收器整體是平衡了降低時延和增大吞吐量的要求；

對比：

1. serial GC垃圾回收器：serial GC就是串行的GC
2. CMS GC垃圾回收器：CMS經(jīng)過（1）初始標記；（2）并發(fā)標記；（3）重新標記；（4）并發(fā)清除；四個階段來完成
3. G1 GC垃圾回收期：G1回收會將區(qū)域劃分為region，G1通過（1）初始標記；（2）并發(fā)標記；（3）最終標記；（4）篩選回收；四個階段完成，其中階段四可以計算每個region的耗時來權(quán)衡總耗時，來達到一個平衡。總之回收時間可控；

五、對象實例化的過程

首先我們要明白JVM的作用是什么，那就是將.class文件加載到內(nèi)存，并且實例化成對象，在實例化成對象的過程中，需要有哪些操作呢？

在進入這一步之前需要一些前置知識，包括java的54種引用類型和引用在內(nèi)存中的指向等：

java引用的4種類型：

（1）強引用：利用這種方式創(chuàng)建的對象是強應(yīng)用，Object obj = new Object()；這種引用在gc時候不會回收；

（2）軟引用：軟引用在一次gc時候不會回收，之后不一定？？

（3）弱引用：弱引用在gc時候一定會被gc；

（4）虛引用：這個用的不多，所以不了解；

棧中引用指向堆中對象：

對象實例化的過程：

（1）在new一個新的對象時，想在本地方法區(qū)中找是否有對于的類元信息，有的話直接調(diào)用相應(yīng)的classloader進行加載，沒有的話委托給他的父級classloader進行查找，這一步主要是將字節(jié)碼文件通過字節(jié)流的心事加載進來；

（2）為對象分配內(nèi)存空間。由于對象是存儲在堆中，而引用是存在jvm棧中，所以棧中引用需要通過指針的方式只想堆中相應(yīng)對象，這一步是需要在堆和棧中為對象分配內(nèi)存空間。

（3）設(shè)置默認值和初始化。每一個基本數(shù)據(jù)都有默認值，所以在這一步，需要為變量設(shè)置默認值，同時為成員變量進行初始化操作。

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參考資料

1. JVM內(nèi)存模型（JVMMM）：https://www.huaweicloud.com/zhishi/arc-12588701.html
2. JVM之配置參數(shù)詳解和調(diào)優(yōu)總結(jié)(二):https://www.huaweicloud.com/articles/b86de23d6c3d5a161b25b1013a388d8d.html
3. jstat命令查看jvm的GC情況 （以Linux為例）：http://blog.itpub.net/31543790/viewspace-2657093/
4. JVM的架構(gòu)與知識脈絡(luò)圖：https://mp.weixin.qq.com/s/RxzAePMS3ZSnqUY6cj6i7Q
5. 《深入理解java虛擬機》
6. ClassLoader講的不錯：https://juejin.im/post/5c04892351882516e70dcc9b?utm_source=gold_browser_extension
7. 參考資料：https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1638361551&ver=3470&signature=Gmx2ox8EgDaJsmgMjMMcQb9v87rY-5z9dx*YUJa62leRyG0FI7gXk9eU55UiHMWJ6NYs-7W8GRh2328dZ3mBCbr7O-rFCdNNwYT-8tfe*Ypw8wQ2vpTRfL2nN-28qgBx&new=1
8. 弄明白CMS和G1，就靠這一篇了：https://cloud.tencent.com/developer/article/1647637
9. JVM：（十六）垃圾回收器：https://blog.csdn.net/sd_960614/article/details/126900380

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