JVM——内存模型、类加载机制、垃圾回收机制

1、jvm由哪几部分组成，存放哪些数据

方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器

方法区：存储已被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码等数据

堆：对象实例、数组

虚拟机栈：虚拟机栈中执行每个方法的时候，都会创建一个栈帧用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。

本地方法栈：与虚拟机栈发挥的作用相似，相比于虚拟机栈为Java方法服务，本地方法栈为虚拟机使用的Native方法服务，执行每个本地方法的时候，都会创建一个栈帧用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。

程序计数器（PC寄存器）：指示Java虚拟机下一条需要执行的字节码指令

2、栈之间怎么实现数据共享

帖子：起初，我一直不清楚到底是堆共享还是栈共享，后来查阅了很多资料，有说是堆共享，又有说栈共享，直到最后我才了解到共享分为两个：一个为数据共享，一个为线程共享。

先来分析数据共享：

int a = 3; 

int b = 3； 

编译器先处理int a = 3；首先它会在栈中创建一个变量为a的引用，然后查找有没有字面值为3的地址，没找到，就开辟一个存放3这个字面值的地址，然后将a指向3的地址。接着处理int b = 3；在创建完b的引用变量后，由于在栈中已经有3这个字面值，便将b直接指向3的地址。这样，就出现了a与b同时均指向3的情况,即共享了3这个栈数据。

 

对于String类型来说,编译期已经创建好的（String a="123" ,双引号定义的内容）存在常量池里面，如果是运行期则存在堆中（String b=new String("123"),new 出来的对象），而等号的左边为引用对象。

对于栈和常量池中的数据可以共享，即可以有多个引用对象；而对于堆来说，数据不可以共享，只能有一个引用对象。

再来分析线程共享：

所有线程共享堆，但每个线程都有自己的寄存器和自己的栈。

所有线程占有的都是不共享的：栈、寄存器、PC。

线程共享的有：堆、全局变量、静态变量、方法区。

3、栈常见的有哪些异常，为什么

StackOverflowError代表的是，当栈深度超过虚拟机分配给线程的栈大小时就会出现此error

OutofMemoryError代表的是，当再申请新的内存时，虚拟机分配给线程的内存大小中无法再分配新的内存，就会出现此error

 

 

4、类加载机制有哪几种   

类的生命周期是从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存结束。过程共有七个阶段，其中到初始化之前的都是属于类加载的部分

加载----验证----准备----解析-----初始化----使用-----卸载

系统可能在第一次使用某个类时加载该类，也可能采用预加载机制来加载某个类，当运行某个java程序时，会启动一个java虚拟机进程，两次运行的java程序处于两个不同的JVM进程中，两个jvm之间并不会共享数据。

JVM三种预定义类加载器

　　　　JVM预定义有三种类加载器，当一个 JVM启动的时候，Java缺省开始使用如下三种类加载器：

1）引导类加载器（bootstrap class loader）：它用来加载 Java 的核心库，是用原生代码来实现的，并不继承自 java.lang.ClassLoader。它负责将/lib下面的核心类库或-Xbootclasspath选项指定的jar包加载到内存中。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节，开发者无法直接获取到启动类加载器的引用，所以不允许直接通过引用进行操作

2）扩展类加载器（extensions class loader）：该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。扩展类加载器是由Sun的                            ExtClassLoader（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）实现的。它用来加载 Java 的扩展库。Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。它负责将< Java_Runtime_Home >/lib/ext或者由系统变量-Djava.ext.dirs指定位置中的类库加载到内存中。开发者可以直接使用标准扩展类加载器

3）系统类加载器（system class loader）：系统类加载器是由 Sun的 AppClassLoader（sun.misc.Launcher$AppClassLoader）实现的。它负责将系统类路径java -classpath或-Djava.class.path变量所指的目录下的类库加载到内存中。开发者可以直接使用系统类加载器。一般来说，Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它

 

 

JVM的类加载是通过ClassLoader及其子类来完成的，类的层次关系和加载顺序可以由下图来描述：

1）Bootstrap ClassLoader

　　负责加载$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class，由C++实现，不是ClassLoader子类

2）Extension ClassLoader

　　负责加载java平台中扩展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/ext/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包

3）App ClassLoader

　　负责加载classpath中指定的jar包及目录中class

4）Custom ClassLoader

　　属于应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader，如tomcat、jboss都会根据j2ee规范自行实现ClassLoader，加载过程中会先检查类是否被已加载，检查顺序是自底向上，从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查，只要某个classloader已加载就视为已加载此类，保证此类在所有ClassLoader只加载一次。而加载的顺序是自顶向下，也就是由上层来逐层尝试加载此类。

 

5、什么是类的双亲委派加载机制

 4.1 “双亲委派”机制介绍

　　在这里，需要着重说明的是，JVM在加载类时默认采用的是双亲委派机制。通俗的讲，就是某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父加载器，依次递归，如果父加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。关于虚拟机默认的双亲委派机制，我们可以从系统类加载器和标准扩展类加载器为例作简单分析。

系统类加载器的父加载器是标准扩展类加载器，但是我们试图获取标准扩展类加载器的父类加载器时确得到了null，就是说标准扩展类加载器本身强制设定父类加载器为null。如果父加载器为null，则会调用本地方法进行启动类加载尝试。

虚拟机出于安全等因素考虑，不会加载< Java_Runtime_Home >/lib存在的陌生类，开发者通过将要加载的非JDK自身的类放置到此目录下期待启动类加载器加载是不可能的。但可以放在/lib/ext下当成系统类进行加载。

双亲委派机制的作用：系统安全性，同时保证加载类的唯一性，提高效率

 

6、系统怎么判断一个对象是垃圾

引用计数算法:

给对象添加一个引用计数器,每当有一个地方引用它时,计数器值加1;当引用失效时,计数器值就减1;计数器为0,说明对象没有被使用

但是主流的java虚拟机里面没有选用引用计数法来管理内存,其中最重要的原因是它很难解决对象之间互相循环引用的问题(objA和objB都有字段instance,赋值令objA.instance=ObjB和objB.instance=objA,除此之外,两者再无任何引用,但是因为它们互相引用着对方,导致它们的引用计数都不为0,于是引用计数算法无法通知GC收集器回收它们)

 

可达性分析算法:

通过一系列的称为”GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索走过的路径称为引用链,当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连,则证明此对象是不可用的

 

GC Root

常说的GC(Garbage Collector) roots，特指的是垃圾收集器（Garbage Collector）的对象，GC会收集那些不是GC roots且没有被GC roots引用的对象。

 

什么对象可以作为GC Roots？

Thread - 活着的线程

Stack Local - Java方法的local变量或参数

JNI Local - JNI方法的local变量或参数

JNI Global - 全局JNI引用

Monitor Used - 用于同步的监控对象

另一种说法：

在Java语言里，可作为GC Roots对象的包括如下几种： 
a.虚拟机栈(栈桢中的本地变量表)中的引用的对象 
b.方法区中的类静态属性引用的对象 
c.方法区中的常量引用的对象 
d.本地方法栈中JNI的引用的对象

 

7、复制算法的使用及其缺点

Java 中的堆是 JVM 所管理的最大的一块内存空间，主要用于存放各种类的实例对象。
在 Java 中，堆被划分成两个不同的区域：新生代 ( Young )、老年代 ( Old )。新生代 ( Young ) 又被划分为三个区域：Eden、From Survivor、To Survivor。
这样划分的目的是为了使 JVM 能够更好的管理堆内存中的对象，包括内存的分配以及回收。
堆的内存模型大致为：

 

Java 中的堆也是 GC 收集垃圾的主要区域。GC 分为两种：Minor GC、Full GC ( 或称为 Major GC )。
Minor GC 是发生在新生代中的垃圾收集动作，所采用的是复制算法。

8、老生代使用什么算法

Full GC 是发生在老年代的垃圾收集动作，所采用的是标记-清除算法。

 

9、有没有遇到线上jvm问题，怎么处理的？

 CPU 飚高，内存溢出，频繁 GC

CPU 飚高问题排查思路：首先找到 CPU 飚高的那个 Java 进程，因为你的服务器会有多个 JVM 进程。然后找到那个进程中的 “问题线程”，最后根据线程堆栈信息找到问题代码。最后对代码进行排查。

内存问题有2种情况，一种是内存溢出了，一种是内存没有溢出，但 GC 不健康。

内存溢出的情况可以通过加上 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 参数，该参数作用是：在程序内存溢出时输出 dump 文件。

YGC 5秒一次左右，每次不超过50毫秒，FGC 最好没有，CMS GC 一天一次左右。GC 的优化有2个维度，一是频率，二是时长. JDK 提供了很多的工具，比如 jmap ，jcmd 等，oracle 官方推荐使用 jcmd 代替 jmap，因为 jcmd 确实能代替 jmap 很多功能。jmap 可以打印对象的分布信息，可以 dump 文件，注意，jmap 和 jcmd dump 文件的时候会触发 FGC ，使用的时候注意场景。

还有一个比较常用的工具是 jstat，该工具可以查看GC 的详细信息，比如eden ，from，to，old 等区域的内存使用情况。

还有一个工具是 jinfo，该工具可以查看当前 jvm 使用了哪些参数，并且也可以在不停机的情况下修改参数。

 

 

参考：https://blog.csdn.net/qq_39159227/article/details/88775238