JVM常见知识点

jre, jdk, jvm的关系

 jdk是最小的开发环境，由jre+java工具组成。

jre是java运行的最小环境，由jvm+核心类库组成。

jvm是虚拟机，是java字节码运行的容器，如果只有jvm是无法运行java的，因为缺少了核心类库。

JVM内存模型

1.  堆 - 对象，共享
2. 方法区 - 类信息，静态变量，常量池，共享 （Java 8移除了永久代，替换为元空间，静态变量、常量池迁移到堆中）
3. 虚拟机栈 - 线程执行方法的时候内部局部变量，堆中对象地址等数据
4. 本地方法栈 - 存放各种native方法的局部变量表之类的信息
5. 程序计数器 - 记录当前线程执行到哪一条字节码指令位置

对象4种引用

1.  强引用（内存泄漏主因）
2. 软引用（只有软引用的话，内存不足将被回收），适合缓存用
3. 弱引用（只有软引用的话，一旦GC就会回收）
4. 虚引用（用于跟踪GC状态，管理堆外内存）

对象的构成

一个对象分为3个区域：对象头、实例数据、对齐填充。

1. 对象头：主要包括两部分：（1）存储自身运行时数据比如hash码、分代年龄、琐标记等（但是不是绝对的，锁状态如果是偏向锁，轻量级锁，是没有hash码的）；（2）指向类的元数据指针。（还有可能有第三部分，即数组类型，会多出一块记录数组的长度，因为数组的长度是jvm判断不出来的，jvm只有元数据信息）
2. 实例数据：会根据虚拟机分配策略来定，分配策略中，会把相同大小的类型放在一起，并按照定义顺序排列（父类的变量也会在） 
3. 对齐填充：在虚拟机规范中对象必须是8字节的整数，所以当对象不满足这个情况时，就会用占位符填充。

如何判断一个对象是否存活

一般判断对象是否存活有两种算法，一种是引用计数器，另一种是可达性分析。在java中主要是第二种。

Java是根据什么来执行可达性分析的

根据GC ROOTS，GC ROOTS对象有：虚拟机栈中的引用对象，方法区的类变量的引用，方法区中的常量引用，本地方法栈中的对象引用。

JVM类的加载顺序

1. 加载 - 获取类的二进制字节流，将其静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
2. 检验 - 文件格式验证，元数据验证，字节码验证，符号引用验证
3. 准备 - 在方法区中对类的static变量分配内存并设置类变量数据类型默认的初始值，实例变量会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中
4. 解析 - 将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程
5. 初始化 - 为类的静态变量赋予正确的初始值（Java代码中被显式赋予的值）

JVM的三种类加载器

1. 启动类加载器（home）- 加载jvm核心类库，如java.lang.*等
2. 扩展类加载器（ext）- 父加载器为启动类加载器，从jre/lib/ext下加载类库
3. 应用程序类加载器（用户classpath）- 父加载器为启动类加载器，从环境变量中加载类

双亲委派机制

1. 类加载器收到类加载请求
2. 把这个请求委托给父加载器去完成，一直向上委托，知道启动类加载器
3. 启动类加载器检查能不能加载，能加载就加载（结束），否则，抛出异常，通知子类加载器进行加载

双亲委派模型有啥作用

保证Java基础类在不同的环境还是同一个Class对象，避免出现自定义类覆盖基础类的情况，导致出现安全问题，还可以避免类的重复加载。（保障类的唯一性和安全性以及保证JDK核心类的优先加载）

如何打破双亲委派模型

1. 自定义类加载器，继承ClassLoader类重写loadClass方法
2. SPI (Service Provider interface)
   1. 服务提供接口（服务发现机制）
   2. 通过加载ClassPath下META-INF/services，自动加载文件里所定义的类
   3. 通过ServiceLoader.load/Service.providers方法通过反射拿到实现类的实例

☞ tomcat是如何打破双亲委派模型的：

tomcat有着特殊性，它需要容纳多个应用，需要做到应用级别的隔离，而且需要减少重复性加载，所以可划分为：/common容器和应用共享的类信息，/service容器本身的类信息，/share应用通用的类信息，/WEB-INF/lib应用级别的类信息。整体可分为：bootstrapClassLoader->ExtensionClassLoader->ApplicationClassLoader->CommonClassLoader->CatalinaClassLoader（容器本身的加载器）/ShareClassLoader（共享的）->WebAppClassLoader。虽然第一眼是满足双亲委派模型的，但实际上不是，因为双亲委派模型要先交给父类装载，而tomcat是优先判断是否是自己负责的文件位置，从而加载的。

☞ SPI应用

1. 应用于JDBC获取数据库驱动连接过程就是应用这一机制
2. apache最早提供的common-logging只有接口，没有实现，发现日志的提供商通过SPI来具体找到提供商实现类

双亲委派机制的缺陷

1.  双亲委派核心的越基础的类由越上层的加载器进行加载，基础的类总是作为被调用代码调用的API，无法实现基础类调用用户的代码
2. JNDI服务它的代码由启动类加载器去加载，但是它需要调用独立厂商实现的应用程序。解决办法：线程上下文类加载器（Thread Contex ClassLoader），JNDI服务使用这个线程上下文类加载器去加载所需要的SPI代码，也就是父类加载器请求子类记载器去完成加载动作。Java中所有涉及SPI的加载动作基本上都采用这种方式，如JNDI, JDBC

导致FullGC的原因

1. 老年代空间不足
2. 永久代（方法区）空间不足
3. 显式调用system.gc()

堆外内存的优缺点

Ehcache中的一些版本，各种NIO框架，Dubbo，Memcache等中会用到，NIO包下ByteBuffer来创建堆外内存，堆外内存就是不受JVM控制的内存。

☞ 相比堆内内存，堆外内存的优势

1. 减少了垃圾回收的工作，因为垃圾回收会暂停其他的工作；
2. 加快了复制的速度，因为堆内在flush到远程时，会先复制到直接内存（非堆内存），然后再发送，而堆外内存相当于直接省略掉了复制这项工作；
3. 可以扩展更大的内存空间，比如超过1TB甚至比主内存还大的空间。

☞ 堆外内存的缺点

堆外内存难以控制，如果内存泄漏，那么很难排查，通过-XX: MaxDirectMemorySize来指定阈值，当达到阈值时，调用system.gc来进行一次full gc堆外内存这种方式不适合村粗很复杂的对象。

JVM七种垃圾收集器

1. Serial收集器（复制算法，单线程，新生代）
2. ParNew收集器（复制算法，多线程，新生代）
3. Parallel Scanvenge收集器（复制算法，多线程，新生代，高吞吐量）
4. Serial Old收集器（标记-整理算法，老年代）
5. Parallel Old收集器（标记-整理算法，老年代，注重高吞吐量的场景下，jdk8默认采用Parallel Scavenge + Parallel Old的组合）
6. CMS收集器（标记-清除算法，老年代，垃圾回收线程几乎能做到与用户线程同时工作，吞吐量低，内存碎片，以牺牲吞吐量为代价来获得最短回收停顿时间 jdk1.8默认垃圾收集器Parallel Scavenge+Parallel Old，jdk1.9默认垃圾收集器G1）
7. G1收集器（新生代+老年代，在多CPU和大内存的场景下有很好的性能）

 ☞ CMS使用场景

1. 应用程序堆停顿比较敏感
2. 在JVM中，有相对存活时间较长的对象（老年代比较大）更适合使用CMS

☞ CMS垃圾回收过程

1. 初始标记 - 找到gc root （stop the world）
2. 并发标记（三色标记算法）- 三色标记算法处理并发标记出现对象引用变化情况：黑-自己+子对象标记完成；灰：自己完成，子对象未完成；白：未标记。多线程下并发标记会产生漏标问题，所以CMS必须重新标记一遍
3. 重新标记（stop the world）
4. 并发清理

☞ G1垃圾回收过程

1. 初始标记 - 标记出gc roots直接关联的对象，这个阶段速度较快，需要停止用户线程，单线程执行
2. 并发标记 - 从gc root开始对堆中的对象进行可达性分析，找出存活对象，这个阶段耗时较长，但是可以和用户线程并发执行
3. 最终标记 - 修正在并发标记阶段因用户程序执行而产生的标记记录
4. 筛选回收 - 筛选回收阶段会对各个Region的回收价值和程本进行排序，根据用户所期望的GC停顿时间来指定回收计划（用最少的时间来回收包含垃圾最多的区域，这就是Garbage First，第一时间清理垃圾最多的区块），这里为了提高回收效率，并没有采用和用户线程并发执行的方式，而是停顿用户线程（stop the world）。