JVM的組成部分

1. 類裝載子系統(tǒng)：將磁盤文件加載到運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)
2. 運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)：常說的JVM內(nèi)存區(qū)
3. 執(zhí)行引擎：將字節(jié)碼翻譯成底層指令交給CPU執(zhí)行
4. 本地庫接口：執(zhí)行引擎需要借助本地庫接口實現(xiàn)將指令交給CPU執(zhí)行

1.類裝載子系統(tǒng)

1.1一個類加載到JVM的過程

加載：將磁盤上的字節(jié)碼文件通過IO讀入方法區(qū)
驗證：驗證字節(jié)碼格式正確性
準(zhǔn)備：類的靜態(tài)變量賦值默認(rèn)值，分配內(nèi)存
解析：符號引用替換為直接引用（靜態(tài)方法執(zhí)行內(nèi)存所在的指針）
初始化：對類的靜態(tài)變量賦值指定值，執(zhí)行靜態(tài)代碼塊

1.2類加載機(jī)制

雙親委派機(jī)制：類加載時先判斷自己有沒有加載過，如果沒有加載就委派父類執(zhí)行同樣的過程，如果父類沒有加載不到在執(zhí)行自行加載
類加載器：

• 引導(dǎo)類加載器
• 擴(kuò)展類加載器
• app類加載器

類加載器定義：在Java代碼的Lancher類中構(gòu)建了擴(kuò)展類加載器和app類加載，父子關(guān)系也是在這里構(gòu)建，引導(dǎo)類加載器在C中構(gòu)建的，所以在Java中體現(xiàn)就是null

1.3為什么設(shè)計雙親委派機(jī)制

沙箱安全機(jī)制：jdk中的類不能被程序員修改
避免類的重復(fù)加載：一個類只會被一個加載器加載一次

1.4怎么打破雙親委派機(jī)制

重新類加載方法，判斷如果是自定義類，就指定自定義類加載器加載，如果不是就使用原來的機(jī)制。

2.運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)

2.1線程私有及共享

私有：棧、本地方法棧、程序計數(shù)器
共享：堆、方法區(qū)

2.2JVM內(nèi)存區(qū)結(jié)構(gòu)

程序計數(shù)器：記錄著當(dāng)前線程的程序執(zhí)行位置
本地方法棧：虛擬機(jī)調(diào)用native方法
棧：局部變量表（存局部變量）、操作數(shù)棧（供變量計算）、動態(tài)鏈接(將方法指向內(nèi)存中真正的方法指針)、方法出口
堆：幾乎所有的對象都在這里分配
方法區(qū)：用于存儲加載后的類信息、常量、靜態(tài)變量、編譯后的代碼

2.3JVM參數(shù)設(shè)置經(jīng)驗

線程棧：-Xss 每個線程棧的大小，這個參數(shù)越小，那么一個線程運(yùn)行的方法就越少，而虛擬機(jī)內(nèi)部運(yùn)行的線程數(shù)變多
堆：盡量指定堆的大小參數(shù)一致避免擴(kuò)容；分析對象在內(nèi)存中的分布盡量讓對象在年輕代被回收減少full gc次數(shù)。
（方法區(qū)）元空間：元空間默認(rèn)為21m，元空間滿了之后會觸發(fā)full gc，所以盡量設(shè)置值

3.Java對象的生命周期

3.1.對象的創(chuàng)建

• 類加載檢查：當(dāng)遇到new關(guān)鍵字時，先判斷常量池中能否找到類的符號引用
• 分配內(nèi)存：對象所需的內(nèi)存，在類加載后就能確定。直接為對象分配確定大小的內(nèi)存
• 初始化零值：程序能訪問的數(shù)據(jù)，設(shè)置對應(yīng)字段的零值
• 設(shè)置對象頭：對象頭包含：Mark word,Klass pointer（對象執(zhí)行類元信息的指針）
• 執(zhí)行Init方法：按照程序員的意愿進(jìn)行屬性的賦值，和執(zhí)行構(gòu)造方法

3.2.對象大小的計算（64位）

對象頭 ：

• （header）Markword:8字節(jié)
• Klass pointer:開啟指針壓縮（默認(rèn)開啟）4字節(jié)

對象數(shù)據(jù)：

• 基本數(shù)據(jù)類型：占數(shù)據(jù)類型大小
• 對象、字符串（引用指針）：開啟指針壓縮 4字節(jié)
• 數(shù)組：數(shù)組長度 4 字節(jié)（只要是數(shù)組，不區(qū)分?jǐn)?shù)組的類型）

對象填充：

• 保證對象大小是8的倍數(shù)，不夠時填充

3.3.對象在內(nèi)存上的分配

對象在棧上分配：棧上分配依賴與逃逸分析和標(biāo)量替換。

• 逃逸分析：分析對象作用域，是否只在本地方法使用，無外部引用
• 標(biāo)量替換：棧上沒有大塊連續(xù)的內(nèi)存，所以JVM不會直接創(chuàng)建對象，而是將成員變量分解為被方法使用的變量，存在棧幀寄存器

對象在堆上分配：

• Eden區(qū)：正常對象放在Eden區(qū)
• 老年代：對象滿足一定條件會分配到老年代

大對象：超過JVM設(shè)置的大對象參數(shù)值
長期存活對象：經(jīng)過多次minorGC后存活的對象
對象動態(tài)年齡判斷：一批對象的總大小超過survivor區(qū)域內(nèi)存大小的50%。那最大年齡的一批對象進(jìn)入老年代。
老年代空間分配擔(dān)保：老年代的可用空間小于年輕代所有對象之和

3.4.對象的回收

1.回收那些對象？

• 引用計數(shù)法：對象存在引用，計數(shù)+1，引用消失計數(shù)減1，不能判斷互相引用
• 可達(dá)性分析算法：從GCRoots節(jié)點向下搜索引用的對象，未被標(biāo)記到的是垃圾對象
  2.GC Roots對象：本地方法棧變量、靜態(tài)變量（局部變量和全局變量即類中定義的變量）
  3.常見的引用類型：
• 強(qiáng)引用：普通變量引用
• 弱引用：弱引用類型對象包裹
• 軟引用：軟引用對象包裹
• 虛引用：最弱的引用關(guān)系

4.垃圾收集器和收集算法

4.1分代收集理論：

• 根據(jù)年齡帶不同，選擇不同的垃圾收集算法

4.2垃圾收集算法：

• 標(biāo)記復(fù)制：將存活的對象復(fù)制到另一個區(qū)域（適合年輕代S0,S1）
• 標(biāo)記清楚：標(biāo)記垃圾對象清除（或者反過來）會產(chǎn)生內(nèi)存碎片
• 標(biāo)記整理：同標(biāo)記清楚，只是垃圾對象清除后會整理內(nèi)存空間（適合來年代）

4.3 Serial：（需要STW）

單線程收集器，進(jìn)行垃圾收集工作時需要暫停其它所有工作線程

4.4 Serial Old：

和Serial收集器一樣，一個用于年輕代，一個用于老年代

4.5 Paralle：（需要STW）

多線程收集器，進(jìn)行垃圾收集工作時由多個線程進(jìn)行

4.6 Paralle Old：

和Paralle收集器一樣，但是Paralle用于年輕代，Paralle Old用于老年代

4.7ParNew:

多線程收集器，和Paralle相同，但是ParNew可以和CMS收集器配合使用

4.8 CMS:

第一次基本上實現(xiàn)了用戶線程和垃圾收集線程同時工作
工作過程：

• 初始標(biāo)記：通過GCRoots查找引用對象，速度很快。需要STW
• 并發(fā)標(biāo)記：通過GCRoots直接引用對象查找其它的引用，可以和用戶線程同時運(yùn)行
• 重新標(biāo)記：重新標(biāo)記是為了修正并發(fā)標(biāo)記階段用戶線程導(dǎo)致的對象變動，主要用到了三色標(biāo)記
• 并發(fā)清理：用戶線程和垃圾收集線程同時運(yùn)行，回收垃圾對象
• 并發(fā)重置：重置本次GC過程中標(biāo)記的對象

4.9 垃圾收集算法底層實現(xiàn):

三色標(biāo)記：

• 黑色：對象存活，且所有關(guān)系都已經(jīng)掃描
• 灰色：至少有一個引用對象未掃描
• 白色：分析開始階段都是白色，如果分析結(jié)束對象仍然是白色，代表對象是垃圾對象
  漏標(biāo)對象處理：
• 增量更新：當(dāng)一個黑色對象插入新的引用指向一個白色對象時，先將引用記錄保存。等并發(fā)標(biāo)記結(jié)束后，重新掃描。
• 原始快照（SATB）：當(dāng)一個灰色對象刪除一個指向白色對象時，將要刪除的引用記錄下來

增量跟新和原始快照中記錄的引用，通過寫屏障實現(xiàn)
寫屏障：在賦值前（賦值對象引用，或賦值引用null）后，加入一些處理

4.10 記憶集和卡表：

當(dāng)涉及跨代對象引用會收時，不直接掃描跨代區(qū)域，而是引入卡表。將存在跨代指針的對象所在卡頁（卡表中的元素）表示為1，表示該元素變臟，GC時只收集卡表變臟的元素加入GCRoots中

4.11 G1垃圾收集器：

概念： 面向服務(wù)器的垃圾收集器，主要針對多核大容量內(nèi)存的機(jī)器
區(qū)域劃分： G1保留了年輕代和來年代的概念，但是沒有物理上的隔閡。針對于大對象存放，G1增加了Humongous區(qū)專門放大對象。G1收集器將堆劃分為大小相等的獨立區(qū)域Region，Region默認(rèn)大小是堆內(nèi)存的1/2048，可以使用參數(shù)指定。
垃圾收集分類：

• Young GC: 不同于其它收集器，在Eden區(qū)滿了就做Young GC,而不是先判斷當(dāng)前Eden區(qū)滿了后所做GC花費(fèi)的時間，如果還不夠設(shè)置的停頓時間，設(shè)置更多的Region為Eden區(qū)，直到下次滿了之后時間也符合。
• Mixed GC:老年代的堆占有率達(dá)到參數(shù)設(shè)置時觸發(fā)，回收所有的Young和部分Old以及大對象區(qū)，G1垃圾收集器優(yōu)先做Mixed GC在回收對象時采用復(fù)制方法，如果剩余的Region不足以復(fù)制，就會產(chǎn)生Full GC.
• Full GC：停止程序采用單線程標(biāo)記、清理、壓縮
  G1調(diào)優(yōu)關(guān)鍵參數(shù)：調(diào)節(jié)-XX:MaxGCPauseMills GC停頓時間設(shè)置

4.12 ZGC：

特點：基于內(nèi)存布局，暫停時不設(shè)置分代
區(qū)域劃分：

• 小型Region：固定2M，用于放置小于256k的小對象
• 中型Region：固定32M
• 大型Region：容量不固定，可以動態(tài)變化

4.13 如何選擇垃圾收集器？

總結(jié)：.如果內(nèi)存小于100M使用Serial，如果內(nèi)存小于4G可以使用paralle,內(nèi)存介于4-8G可以用ParNew+CMS
8G以上可以用G1，幾百G以上用ZGC