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前言

作为 Java 的从业者，在找工作的时候，一定会被问及关于 JVM 相关的知识。 JVM 知识的掌握程度，在很多面试官眼里是候选人技术深度的一个重要评判标准。而大多数人可能没有对 JVM 的实际开发和使用经验，接下来这一系列文章将带你深入了解 JVM 需要掌握的各个知识点。这也将帮助你完成从初级程序员到高级程序员的转变。

目录

• 线程（详解） JVM内存区域（详解） JVM运行时内存 垃圾回收与算法 JAVA四种引用类型
• GC分代收集算法VS分区收集算法 GC垃圾收集器 JAVA IO/NIO JVM类加载机制

正文

一、线程(详解)

这里所说的线程指程序执行过程中的一个线程实体。JVM 允许一个应用并发执行多个线程。Hotspot JVM 中的 Java 线程与原生操作系统线程有直接的映射关系。当线程本地存储、缓冲区分配、同步对象、栈、程序计数器等准备好以后，就会创建一个操作系统原生线程。Java 线程结束，原生线程随之被回收。操作系统负责调度所有线程，并把它们分配到任何可用的 CPU 上。当原生线程初始化完毕，就会调用 Java 线程的 run() 方法。当线程结束时，会释放原生线程和 Java 线程的所有资源。

Hotspot JVM 后台运行的系统线程主要有下面几个：

二、JVM内存区域（详解）

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JVM 内存区域主要分为线程私有区域【程序计数器、虚拟机栈、本地方法区】、线程共享区域【JAVA 堆、方法区】、直接内存。

线程私有数据区域生命周期与线程相同, 依赖用户线程的启动/结束 而 创建/销毁(在 HotspotVM 内, 每个线程都与操作系统的本地线程直接映射, 因此这部分内存区域的存/否跟随本地线程的生/死对应)。

线程共享区域随虚拟机的启动/关闭而创建/销毁。

直接内存并不是 JVM 运行时数据区的一部分, 但也会被频繁的使用: 在 JDK 1.4 引入的 NIO 提供了基于 Channel 与 Buffer 的 IO 方式, 它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存, 然后使用DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作(详见: Java I/O 扩展), 这样就避免了在 Java堆和 Native 堆中来回复制数据, 因此在一些场景中可以显著提高性能。

1、程序计数器( 线程私有)

• 一块较小的内存空间, 是当前线程所执行的字节码的行号指示器，每条线程都要有一个独立的程序计数器，这类内存也称为“线程私有”的内存。
• 正在执行 java 方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址（当前指令的地址）。如果还是 Native 方法，则为空。
• 这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

2、虚拟机栈( 线程私有)

是描述java方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

栈帧（ Frame）是用来存储数据和部分过程结果的数据结构，同时也被用来处理动态链接(Dynamic Linking)、 方法返回值和异常分派（ Dispatch Exception）。栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁——无论方法是正常完成还是异常完成（抛出了在方法内未被捕获的异常）都算作方法结束。

3、本地方法区(线程私有）

本地方法区和 Java Stack 作用类似, 区别是虚拟机栈为执行 Java 方法服务, 而本地方法栈则为Native 方法服务, 如果一个 VM 实现使用 C-linkage 模型来支持 Native 调用, 那么该栈将会是一个C 栈，但 HotSpot VM 直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

4、堆（Heap- 线程共享）-运行时数据区

是被线程共享的一块内存区域，创建的对象和数组都保存在 Java 堆内存中，也是垃圾收集器进行垃圾收集的最重要的内存区域。由于现代 VM 采用分代收集算法, 因此 Java 堆从 GC 的角度还可以细分为: 新生代( Eden 区 、 From Survivor 区 和 To Survivor 区 )和老年代。

5、方法区/ 永久代（线程共享）

即我们常说的永久代(Permanent Generation), 用于存储被 JVM 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. HotSpot VM把GC分代收集扩展至方法区, 即使用Java堆的永久代来实现方法区, 这样 HotSpot 的垃圾收集器就可以像管理 Java 堆一样管理这部分内存,而不必为方法区开发专门的内存管理器(永久带的内存回收的主要目标是针对常量池的回收和类型的卸载, 因此收益一般很小)。

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class 文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量池Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。 Java 虚拟机对 Class 文件的每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求，这样才会被虚拟机认可、装载和执行。

更多解析：

三、JVM运行时内存

• 新生代
• 老年代
• 永久代

四、垃圾回收与算法

• 如何确定垃圾
• 标记清除算法（ Mark-Sweep ）
• 复制算法（copying）
• 标记整理算法(Mark-Compact)
• 分代收集算法

五、JAVA 四中引用类型

• 强引用
• 软引用
• 弱应用
• 虚引用

六、GC分代收集算法VS分区收集算法

• 分代收集算法
• 分区收集算法

七、GC垃圾收集器

• Serial 垃圾收集器 （单线程、 复制算法）
• ParNew 垃圾收集器 （Serial+ 多线程）
• Parallel Scavenge 收集器（多线程复制算法、高效）
• Serial Old 收集器 （单线程标记整理算法 ）
• Parallel Old 收集器（多线程标记整理算法）
• CMS 收集器（多线程标记清除算法）
• G1 收集器（解析）

G1 收集器（解析）

Garbage first 垃圾收集器是目前垃圾收集器理论发展的最前沿成果，相比与 CMS 收集器，G1 收集器两个最突出的改进是：

1. 基于标记-整理算法，不产生内存碎片。

2. 可以非常精确控制停顿时间，在不牺牲吞吐量前提下，实现低停顿垃圾回收。

G1 收集器避免全区域垃圾收集，它把堆内存划分为大小固定的几个独立区域，并且跟踪这些区域的垃圾收集进度，同时在后台维护一个优先级列表，每次根据所允许的收集时间，优先回收垃圾最多的区域。区域划分和优先级区域回收机制，确保 G1 收集器可以在有限时间获得最高的垃圾收集效率。

八、JAVA IO/NIO

• 阻塞 IO模型
• 非阻塞 IO模型
• 多路复用 IO模型
• 信号驱动 IO模型
• 异步 IO模型
• JAVA IO包
• JAVA NIO
• Channel
• Buffer
• Selector

九、JVM类加载机制

• 加载、验证、准备、解析
• 符号引用、直接引用
• 初始化
• 类构造器
• 类加载器
• 双亲委派
• OSGI（动态模型系统）