JDK体系和JVM架构（内存、垃圾回收、简单的优化）

一、JDK、JRE、JVM关系图解

   上图中，展示了 不同 JDK 版本中的 JVM 对不同操作系统在底层硬件和指令上的处理 ；同时，通过 javac 指令产生的 .class 文件对于不同的 JVM 都是可以运行的，故而同一套的 java 程序可以不同操作系统上运行

二、JVM虚拟机

   如果想要学习 JVM 底层运行步骤，可以利用 idea 的Open in Terminal 或者 命令行界面，进入到对应的 .class 文件路径，输入 javap -c 类名.class > 文件名.txt ；将程序的字节指令码保存到指定的文件中，至于路径，就是 .class 文件所在路径
   注意： 字节指令码各自含义，可参考 JVM指令手册

   1、JVM虚拟机的组成

     主要有：类装载子系统、运行时数据区（内存模型）、字节码执行引擎

   2、字节码执行引擎

        字节码执行引擎作用：
        （1）修改程序计数器中的数值
        （2）java 程序利用 javac 命令转换成为.class文件（指令文件）之后，由字节码执行引擎执行

   3、运行时数据区（内存模型）

     1）堆（heap）

       存放 new 出来的对象
       堆的划分：其中默认，Old区占堆的2/3；Eden区和Survivor区共占1/3；Eden区占1/3的80%，而Survivor区占1/3的20%；Survivor区的两个部分，是平分的；Eden区与Survivor区合称为年轻代
       （1）Eden区：伊甸园区（亚当夏娃相遇的地方，也就是新生的开始），又称青年代
       （2）Survivor区：幸存区，又称中年代；平均分为两部分，Survivor0区和Survivor1区
       （3）Old区：永久区，又称老年代
     对象在堆中的具体流转，在之后与垃圾回收、简单优化一起；可见 第三部分：垃圾回收与简单优化（包含堆内存具体流程）

     2）栈（stack）

       又称为 线程栈 ，存放 局部变量
       栈：遵循 FILO（先进后出）原则

         上述程序中，在main线程中，main方法调用了compute方法
         注意： 一个方法对应一个栈帧内存区域；每个方法各自的局部变量存放在自己的栈帧内存区域

         栈又分为局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等
         （1）局部变量表：顾名思义，存放局部变量的地方
         （2）操作数栈：临时存放操作数的区域，之后会将操作数与局部变量关联，放入局部变量表；操作数，有点类似于数据值（如上述程序中的1、2、10）
         （3）动态链接：
         （4）方法出口：记录调用该方法的地方及行数

     3）程序计数器

        记录线程运行到的位置，主要是在多线程运行切换时使用到
        每运行一行代码时，都要修改一次，而这个修改，就是由 字节码执行引擎 来修改的

     4）方法区（元空间）

       java1.8之前称为永久态，java1.8及以后又称为元空间
       存放常量、静态变量、类信息、方法信息；其实就是不会改变的一些数据信息

     5）本地方法栈

       java语言是1995年面世的，之前程序都是使用C语言等实现的；java面世之后，java程序调用C程序就是本地方法调用的
       当然，在后来，随着技术的发展，出现了很多跨语言调用的技术，也就不再使用本地方法调用了
       本地方法用关键字 native 修饰
       而每个本地方法在运行过程中，也是需要使用到内存；就是本地方法栈
   堆、栈、方法区、本地方法栈关系图：

三、垃圾回收与简单优化（包含堆内存具体流程）

   1、堆中对象的流转

     1）堆内存对象的流转

     当Eden区内存满了的时候，触发第一次的minor gc（小范围垃圾回收，即检测年轻代范围）；将非垃圾对象移动到Survivor0中（标记加1），而垃圾对象直接被清除。
     当Eden区第二次满了的时候，也做同样操作；不过此时会将Survivor0一起扫描，然后将非垃圾对象移动到Survivor1中（标记加1），而垃圾对象直接被清除。
     第三次的时候，再移动至Survivor0中；如此循环。当标记达到15时，就会被直接放入到Old区当中

     2）使用工具查看堆内存对象的流转

     使用命令行界面，输入 jvisualvm 指令，调出工具；在工具中，安装visual gc插件；安装好后，即可使用

   2、垃圾回收机制

     当Old区内存满了的时候，就会触发 full gc（大范围垃圾回收，即检测整个堆范围）；
     而不管是 minor gc 还是 full gc 都是由字节码执行引擎来执行的

     1）gc root

     从上一部分讲述的堆、栈、方法区、本地方法栈关联出发；其实，gc root 就是栈中的局部对象变量、方法区中静态对象变量、本地方法栈中的对象变量

     2）gc 中的关系链

     利用 gc root 来开始，往堆内存中查找 new对象，new对象 中可能又存在对象，故而就这么一直查找下去，直到一个 new对象 中完全没有对象；这样就会形成一个对象之间的关系链

     3）STW

     在程序进行 gc 操作的时候，会将整个程序都进行停止；称为 Stop-The-World
     在 minor gc 时，STW时间极短，都可以忽略不计的；而 full gc 时，由于是整个堆范围进行 gc ，故而会STW较久，故而会出现性能问题，故而需要尽可能的减少 full gc 的次数

     4）是否是垃圾对象的判断

     当一个方法运行结束后，栈中的局部对象变量、方法区中静态对象变量、本地方法栈中的对象变量就会被清除；也就是 gc root被清除；这就会造成 gc关系链无根，那么关系链中余下的所有对象就都是垃圾对象

   3、针对堆内存做的 JVM参数 配置简单优化

     通过案例，讲解对JVM参数配置的简单优化

     1）对象被放进Old区的部分情况

       （1）对象标记达到了15：
       （2）对象动态年龄判断：当一个对象的内存大小达到或超过Survivor0（或者是Survivor1）内存的50%时，会直接被放入Old区

     2）上述案列在堆内存中的流程

       线程运行每秒产生60MB对象，13秒达到Eden区内存极限，进行minor gc；前12秒的 12 * 60MB会被直接清除，但最后一秒的60MB会放入Survivor0；这时，60MB超过了Survivor0的50%，就会被直接放入Old区；那5、6分钟之后，Old区就会满内存，进行 full gc
       每5、6分钟进行一次 full gc，太过于频繁；STW严重；故而要优化
       优化方案：

     在原来的JVM参数配置中，加入了 -Xmn2048M ；该参数意思就是设置年轻代（即Eden区加Survivor区）内存大小；此时，Eden区就是1600MB，Survivor0和Survivor1各是200MB；这时Eden区就是26秒左右才会满，而60MB又小于Survivor0的50%；故而不会被放入Old区，也就降低了 full gc 的次数，减少STW的次数