JVM(运行时数据区 一)

①. 虚拟机栈(重点)

①. 什么是 Java virtual machine?

1>. 什么是Java virtual machine(虚拟机)？
(栈并不是越大越好，越多可以防止出现StackOverflowError晚点出现，但是栈越大，也就代表着虚拟机栈是一定的，你的栈越大，别的栈就会小)

• ①. 栈的概述
  每创建一个线程就会创建一个Java栈，每一个Java栈中都会有很多栈帧(局部变量表 | 操作数栈 | 动态链接 | 方法返回地址 | 一些附加信息) 掌握

解释：
1.虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）和线程是紧密联系的，每创建一个线程时就会对应创建一个Java栈，所以Java栈也是"线程私有"的内存区域，这个栈中又会对应包含多个栈帧，每调用一个方法时就会往栈中创建并压入一个栈帧，栈帧是用来存储方法数据和部分过程结果的数据结构，每一个方法从调用到最终返回结果的过程，就对应一个栈帧从入栈到出栈的过程 [先进后出]
2.栈帧中有如下部分组成：
3.栈的其他介绍

• ②. 存放于栈中的东西如下 [掌握]
(8种基本类型的变量+对象的引用变量+实例方法都是在函数的栈内存中分配[局部变量])

• ③. 栈内存溢出(StackOverflowError) -Xss参数
  (1). 栈帧过多导致栈内存溢出(方法的递归调用,没设置正确停止条件)
  (2). 栈帧过大(栈帧大小>栈内存)

	    Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
		//sayHello（）发生了递归
		public class DemoT {
		    public static void main(String[] args) {
		        sayHello();
		    }
		    
		    public static void sayHello(){
		        sayHello();
		    }
		}

②. 局部变量表(LocalVariables)

2>. 局部变量表(LocalVariables) 掌握

• ①. 定义为一个数字数组，主要用于存储方法参数和定义在方法体内的局部变量(这些数据类型包括各种基本数据类型、对象引用(reference)以及return Address类型)

• ②. 由于局部变量是建立在线程的栈上，是线程私有数据，因此不存在数据安全问题

• ③. 局部变量表所需容量大小是在编译期确定下来的。(并保存在方法Code属性的maximum local variables数据项中，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小的)

//使用javap -v 类.class 或者使用jclasslib
public class LocalVariableTest {
    public static void main(String[] args) {
        LocalVariableTest test=new LocalVariableTest();
        int num=10;
        test.test1();
    }
    public static void test1(){
        Date date=new Date();
        String name="xiaozhi";
    }
}

jclasslib说明：

• ④. 关于slot的理解(引用数据类型(方法的返回地址)占用1个slot)
  (1).局部变量表，是基本的存储单元是slot(变量槽)
  (2).在局部变量表中，32位以内的类型只占有一个slot(包括引用数据类型)，64位的类型(long和double)占有两个slot
  byte、short、char在存储前被转换为int,boolean也被转换为int(0表示fasle，非0表示true)
  long和double则占据两个slot

• ⑤. Jvm会为局部变量表中的每一个slot都分配一个访问索引，通过这个索引即可成功访问到局部变量表中指定的局部变量值

• ⑥. 如果需要访问局部变量表中一个64bit的局部变量值时，只需要使用前一个索引即可(比如:访问long或double类型变量)
  

• ⑦. 如果当前帧是由构造方法或者实例方法创建，那么该对象引用this将会放在index为0的slot处
  

③. 操作数栈(operand stack)

3>. 操作数栈(operand stack) 掌握

• ①. 每一个独立的栈帧中除了包含局部变量表以外，还包含了一个后进先出的操作数栈，也可以称之为表达式栈

• ②. 操作数栈，在方法执行过程中，根据字节码指令，往栈中写入数据或提取数据，即入栈或出栈

• ③. 如果被调用的方法带有返回值的话，其返回值将会被压入当前栈帧的操作数栈中

• ④. 操作数栈，主要用于保存计算机过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间

• ⑤. 操作数栈的具体说明：

解释：

④. 动态链接（Dynamic Linking）

4>. 动态链接（Dynamic Linking）

• ①. 运行时常量池位于方法区，字节码中的常量池结构如下：
  

• ②.为什么需要常量池呢？
  (常量池的作用，就是为了提供一些符号和常量，便于指令的识别。下面提供一张测试类的运行时字节码文件格式)
  

• ③. 每一个栈帧内部都包含一个指向运行时常量池Constant pool或该栈帧所属方法的引用。包含这个引用的目的就是为了支持当前方法的代码能够实现动态链接。比如invokedynamic指令

• ④. 在Java源文件被编译成字节码文件中时，所有的变量和方法引用都作为符号引用（symbolic Refenrence）保存在class字节码文件（javap反编译查看）的常量池里。比如：描述一个方法调用了另外的其他方法时，就是通过常量池中指向方法的符号引用来表示的，那么 动态链接的作用就是为了将这些符号引用（#）最终转换为调用方法的直接引用。

⑤. 方法的调用：(小插曲)难点

5>.方法的调用：(小插曲)难点

• ①. 静态链接(早期绑定)：当一个 字节码文件被装载进JVM内部时，如果被调用的目标方法在编译期可知，且运行期保持不变时。这种情况下将调用方法的符号引用转换为直接引用的过程称之为静态链接
  (invokestatic | invokespecial)

• ②. 动态链接(晚期绑定)：如果被调用的方法在编译期无法被确定下来，也就是说，只能够在程序运行期将调用方法的符号引用转换为直接引用，由于这种引用转换过程具备动态性，因此也就被称之为动态链接。体现了多态
  (invokevirtual | invokeinterface)

• ③. 非虚方法： 如果方法在编译器就确定了具体的调用版本，这个版本在运行时是不可变的。这样的方法称为非虚方法
  (静态方法、私有方法、final方法、实例构造器（实例已经确定，this()表示本类的构造器）、父类方法（super调用）都是非虚方法)

• ④. 其他所有体现多态特性的方法称为虚方法

• ⑤. 如下指令要重点掌握

	普通调用指令：
	1.invokestatic：调用静态方法，解析阶段确定唯一方法版本；
	2.invokespecial:调用<init>方法、私有及父类方法，解析阶段确定唯一方法版本；
	3.invokevirtual:调用所有虚方法；
	4.invokeinterface：调用接口方法；
	动态调用指令（Java7新增）：
	5.invokedynamic：动态解析出需要调用的方法，然后执行 .
	前四条指令固化在虚拟机内部，方法的调用执行不可人为干预，而invokedynamic指令则支持由
用户确定方法版本。
    其中invokestatic指令和invokespecial指令调用的方法称为非虚方法

    其中invokevirtual（final修饰的除外，JVM会把final方法调用也归为invokevirtual指
令，但要注意final方法调用不是虚方法）、invokeinterface指令调用的方法称称为虚方法。

/**
 * 解析调用中非虚方法、虚方法的测试
 */
class Father {
    public Father(){
        System.out.println("Father默认构造器");
    }

    public static void showStatic(String s){
        System.out.println("Father show static"+s);
    }

    public final void showFinal(){
        System.out.println("Father show final");
    }

    public void showCommon(){
        System.out.println("Father show common");
    }

}

public class Son extends Father{
    public Son(){
        super();
    }

    public Son(int age){
        this();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Son son = new Son();
        son.show();
    }

    //不是重写的父类方法，因为静态方法不能被重写
    public static void showStatic(String s){
        System.out.println("Son show static"+s);
    }

    private void showPrivate(String s){
        System.out.println("Son show private"+s);
    }

    public void show(){
        //invokestatic
        showStatic(" 大头儿子");
        //invokestatic
        super.showStatic(" 大头儿子");
        //invokespecial
        showPrivate(" hello!");
        //invokespecial
        super.showCommon();
        //invokevirtual 因为此方法声明有final 不能被子类重写，所以也认为该方法是非虚方法
        showFinal();
        //虚方法如下
        //invokevirtual
        showCommon();//没有显式加super，被认为是虚方法，因为子类可能重写showCommon
        info();

        MethodInterface in = null;
        //invokeinterface  不确定接口实现类是哪一个 需要重写
        in.methodA();

    }

    public void info(){

    }

}

interface MethodInterface {
    void methodA();
}

⑥. 关于invokedynamic指令

6>.关于invokedynamic指令

• JVM字节码指令集一直比较稳定，一直到java7才增加了一个invokedynamic指令，这是Java为了实现【动态类型语言】支持而做的一种改进

• 动态类型语言和静态类型语言两者的却别就在于对类型的检查是在编译期还是在运行期，满足前者就是静态类型语言，反之则是动态类型语言。

• Java是静态类型语言（尽管lambda表达式为其增加了动态特性），js，python是动态类型语言

Java:String info = "小智";//静态语言

JS:var name = "小智“；var name = 10;//动态语言

Pythom: info = 130;//更加彻底的动态语言

⑦. 方法返回地址（Return Address）

7>.方法返回地址（Return Address）
(pc寄存器每执行一条指令都会被改变
而返回地址在调用call之前一直是上一条call后面的地址，不改变)

• ①. 存放调用该方法的PC寄存器的值

• ②. 执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令（return），会有返回值传递给上层的方法调用者，简称正常完成出口；

    1.一个方法在正常调用完成之后究竟需要使用哪一个返回指令还需要根据方法返回值的实际
数据类型而定
    2.在字节码指令中，返回指令包含ireturn（当返回值是boolena、byte、char、short和int
类型时使用）、lreturn、freturn、dreturn以及areturn(引用类型的)
    3.另外还有一个return指令供声明为void的方法、实例初始化方法、类和接口的初始化方法使用

• ③. 在方法执行的过程中遇到了异常（Exception），并且这个异常没有在方法内进行处理，也就是只要在本方法的异常表中没有搜素到匹配的异常处理器，就会导致方法退出，简称异常完成出口

②. 堆(heap)

①. 堆的概述

1>. 堆的概述(共享|垃圾回收)

• ①. 一个JVM实例只存在一个堆内存,堆也是Java内存管理的核心区域

• ②. Java堆区在JVM启动的时候即被创建,其空间大小也是确定的。是Jvm管理最大的一块内存空间

• ③. 堆可以在物理上不连续的内存空间中,但在逻辑上是连续的

• ④. 所有的线程共享Java堆,在这里还可以划分线程私有的缓冲区(Thread Local Allocation Buffer,TLAB)

• ⑤. 在方法结束后,堆中的对象不会马上被移除,仅仅在垃圾收集的时候才有被移除 (注意：一个进程就是一个JVM实例,一个进程中包含多个线程)

②. 堆的内存结构

2>. 堆的内存结构

• ①. 现在垃圾收集器大部分都基于分带收集理论设计的,堆空间细分为：
  
• ②. jdk1.7 堆中的结构

• ③. jdk 1.8 堆中的结构
  

③. 堆空间大小的设置

3>.堆空间大小的设置

• ①. Java堆区用于存储Java对象实例,那么堆的大小在JVM启动时就已经设定好了,大家可以通过选项"-Xmx 和 -Xms"来设置

• ②. -Xms(物理内存的1/64):表示堆区的起始内存，等价于-XX:InitialHeapSize

• ③. -Xmx(物理内存的1/4):则用于表示堆区的最大内存,等价于-XX:MaxHeapSize

• ④. 通常会将-Xms和-Xmx两个参数配置相同的值,其目的是为了能够在java垃圾回收机制清理完堆区后不需要重新分隔计算堆区的大小,从而提升性能

• 案列演示

package com.xiaozhi.heap;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * -Xms:600m
 * -Xmx:600m
 * 查看设置的参数：
 * 方式一(cmd中)：jps  / jstat -gc 进程id
 * 方式二(XX:+PrintGCDetails)
 */
public class HeapDemo1 {
    public static void main(String[] args)throws Exception {
        //返回Java虚拟机中的堆内存总量
        long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory()/1024/1024;
        //返回Java虚拟机试图使用的最大堆内存量
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory()/1024/1024;
        System.out.println("-Xms："+initialMemory+"M");
        System.out.println("-Xmx："+maxMemory+"M");
        //TimeUnit.SECONDS.sleep(1000000);
    }
}

④. 新生代与老年代参数设置

4>.新生代与老年代参数设置

• ①. 配置新生代与老年代在堆结构占比
  默认：-XX:NewRatio=2,表示新生代占1,老年代占2,新生代占整个堆的1/3
  可以修改-XX:NewRatio=4,表示新生代占1,老年代占4,新生代占整个堆的1/5
  

• ②. -XX:SurvivorRatio调整这个空间比例(Eden空间和另外两个Survivor空间缺省所占的比例是8：1：1)

• ③. -Xmn:设置新生代最大内存大小

• ④. 几乎所有的Java对象都是在Eden区被new出来的,觉大部分的Java对象的销毁都在新生代进行的

⑤. 复制算法

5>. 复制算法重点

• ①. 一般过程(图解)
  
• ②. 过大对象
  
• ③. 复制算法详解 掌握
  (伊甸园满了，就会触发gc(minor gc)，而gc就会把标识为垃圾的对象干掉，不是垃圾的对象就要转移到幸存区，把伊甸园让出来给新的对象用)

过程：

⑥. Minor GC | Major GC | Full GC

6>. Minor GC | Major GC | Full GC

• ①. YONG GC（minor GC）：
  (1). 只针对新生代区域的GC,指发生在新生代的垃圾收集动作，因为大多数Java对象存活率都不高，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快
  (2). 当Eden代满,会触发minor GC ,Survivor 满不会引发GC
  (3). minor gc 会引发STW,暂停其他用户线程,等垃圾回收结束,用户线程才能恢复4

• ②. Major GC：
  (1). major GC 是回收老年代的垃圾；
  (2). major gc 的速度一般比Minor gc 慢10倍以上,STW时间更长

• ③. Full GC：
  (1). full GC 就会出现所谓的STW（stop the world）现象，即所有的进程都挂起等待清理垃圾
  (2). full GC是回收老年代和年轻代的垃圾
  (3). full gc 是开发调优中尽量避免的,这样暂时时间会短一些

• ④. 全局GC（major GC or Full GC）：
  (指发生在老年代的垃圾收集动作，出现了Major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC（但并不是绝对的）。Major GC的速度一般要比Minor GC慢上10倍以上)

⑦. 针对不同年龄阶段的对象分配

7>.针对不同年龄阶段的对象分配原则如下所示：

⑧. TLAN(Thread Local Allocation Buffer)

8>. TLAN(Thread Local Allocation Buffer) 掌握

• ①. 从内存模型而不是垃圾收集的角度,对Eden区域继续进行划分,JVM为每个线程分配了一个私有缓存区域,它包含在Eden空间内

• ②. 尽管不是所有的对象实例都能够在TLAN中成功分配内存,但JVM确实是将TLAN作为内存分配的首选

• ③. 默认情况下,TLAN空间的内存非常小,仅占有整个Eden空间的1%,当然可通过选项"-XX:TLANWasteTargePercent"设置TLAN空间所占用Eden空间的百分比大小

• ④. 一旦对象在TLAN空间分配内存失败时,JVM就会尝试着通过使用加锁机制确保数据操作的原子性,从而直接在Eden空间中分配内存

• 图解：
  
  

⑨. 堆空间参数总结

9>. 堆空间参数总结

• ①. -XX:+PrintFlagsInitial : 查看所有的参数的默认初始值

• ②. -XX:+PrintFlagsFinal ： 查看所有的参数的最终值（可能会存在修改(:表示修改了)，不再是初始值）

• ③. 具体查看某个参数的指令：
  (jps：查看当前运行中的进程
  jinfo -flag SurvivorRatio 进程id)

• ④. -Xms：初始堆空间内存 （默认为物理内存的1/64）

• ⑤. -Xmx：最大堆空间内存（默认为物理内存的1/4）

• ⑥. -Xmn：设置新生代的大小。(初始值及最大值)

• ⑦. -XX:NewRatio：配置新生代与老年代在堆结构的占比
  (默认：-XX:NewRatio=2,表示新生代占1,老年代占2,新生代占整个堆的1/3
  可以修改-XX:NewRatio=4,表示新生代占1,老年代占4,新生代占整个堆的1/5)

• ⑧. -XX:SurvivorRatio：设置新生代中Eden和S0/S1空间的比例
  (Eden空间和另外两个Survivor空间缺省所占的比例是8：1：1)

• ⑨. -XX:MaxTenuringThreshold：设置新生代垃圾的最大年龄

• ⑩. -XX:+PrintGCDetails：输出详细的GC处理日志
  (如下这两种方式是简单的打印
  打印gc简要信息：① -XX:+PrintGC ② -verbose:gc)

• ⑩①. -XX:HandlePromotionFailure：是否设置空间分配担保
  (JDK6之后,只要老年代的连续空间大于新生代对象总大小或者历次晋升的平均大小就会进行Minor GC,否则将进行Full GC)