[面试]——深入理解JVM学习笔记
引
今天周五,工作不算忙,人都走的差不多了,学习不能停,不管是在csdn,还是腾讯云社区经常看到王磊大神的博客,他的jvm系列的文章真的写的不错,值得深扣,看不进去书,那就站在巨人的肩膀上,肯定看的更远!!!
JVM是Java Virtual Machine的缩写，中文翻译为Java虚拟机，JVM是用来解析和运行Java程序的。
一、jvm的主要组成部分
- 类加载器（ClassLoader）
- 运行时数据区（Runtime Data Area）
- 执行引擎（Execution Engine）
- 本地库接口（Native Interface）
二、jvm组成部分的用途:
程序在执行之前先要把java代码转换成字节码（class文件），jvm首先需要把字节码通过一定的方式 类加载器（ClassLoader） 把文件加载到内存中 运行时数据区（Runtime Data Area） ，而字节码文件是jvm的一套指令集规范，并不能直接交个底层操作系统去执行，因此需要特定的命令解析器 执行引擎（Execution Engine） 将字节码翻译成底层系统指令再交由CPU去执行，而这个过程中需要调用其他语言的接口 本地库接口（Native Interface） 来实现整个程序的功能，这就是这4个主要组成部分的职责与功能。
通常所说的jvm组成指的是运行时数据区（Runtime Data Area），因为通常需要程序员调试分析的区域就是“运行时数据区”，或者更具体的来说就是“运行时数据区”里面的Heap（堆）模块，那接下来我们来看运行时数据区（Runtime Data Area）是由哪些模块组成的。
三、运行时数据区
jvm的运行时数据区，不同虚拟机实现可能略微有所不同，但都会遵从Java虚拟机规范，Java 8 虚拟机规范规定，Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域：
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- 程序计数器（Program Counter Register）
- Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）
- 本地方法栈（Native Method Stack）
- Java堆（Java Heap）
- 方法区（Methed Area）
3.1 程序计数器
程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里，字节码解析器的工作是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
特性：内存私有
由于jvm的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，也就是任何时刻，一个处理器（或者说一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每个线程都有独立的程序计数器。
异常规定：无
如果线程正在执行Java中的方法，程序计数器记录的就是正在执行虚拟机字节码指令的地址，如果是Native方法，这个计数器就为空（undefined），因此该内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定OutOfMemoryError的区域。
3.2 Java虚拟机栈
Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）描述的是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线帧（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，每个方法从调用直至执行完成的过程，都对应着一个线帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
特性：内存私有，它的生命周期和线程相同。
异常规定：StackOverflowError、OutOfMemoryError
1、如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的栈深度就会抛出StackOverflowError异常。
2、如果虚拟机是可以动态扩展的，如果扩展时无法申请到足够的内存就会抛出OutOfMemoryError异常。
3.3 本地方法栈
本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈的作用是一样的，只不过虚拟机栈是服务Java方法的，而本地方法栈是为虚拟机调用Native方法服务的。
在Java虚拟机规范中对于本地方法栈没有特殊的要求，虚拟机可以自由的实现它，因此在Sun HotSpot虚拟机直接把本地方法栈和虚拟机栈合二为一了。
特性和异常： 同虚拟机栈，请参考3.2的知识点。
3.4 Java堆
Java堆（Java Heap）是Java虚拟机中内存最大的一块，是被所有线程共享的，在虚拟机启动时候创建，Java堆唯一的目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存，随着JIT编译器的发展和逃逸分析技术的逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化的技术将会导致一些微妙的变化，所有的对象都分配在堆上渐渐变得不那么“绝对”了。
特性：内存共享
异常规定：OutOfMemoryError
如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆不可以再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError。
Java虚拟机规范规定，Java堆可以处在物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上连续即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现上也可以是固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是可扩展的，通过-Xmx和-Xms控制。
3.5 方法区
方法区（Methed Area）用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。
误区：方法区不等于永生代
很多人原因把方法区称作“永久代”（Permanent Generation），本质上两者并不等价，只是HotSpot虚拟机垃圾回收器团队把GC分代收集扩展到了方法区，或者说是用来永久代来实现方法区而已，这样能省去专门为方法区编写内存管理的代码，但是在Jdk8也移除了“永久代”，使用Native Memory来实现方法区。
特性：内存共享
异常规定：OutOfMemoryError
当方法无法满足内存分配需求时会抛出OutOfMemoryError异常。
运行时常量池是方法区的一部分，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，这部分在类加载后进入方法区的运行是常量池中，如String类的intern()方法。
直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，但这部分内存也会被频繁的使用，而且可能导致OutOfMemoryError。
注意 ：直接内存分配不会受到Java堆大小的限制，但是受到本机总内存大小限制，在设置虚拟机参数的时候，不能忽略直接内存，把实际内存设置为-Xmx，使得内存区域的总和大于物理内存的限制，从而导致动态扩展时出现OutOfMemoryError异常。
四、gc（Garbage Collection垃圾回收）
https://cloud.tencent.com/developer/article/1388402
为什么要学习GC？
1、排查内存溢出和内存泄露的问题。
2、系统调优，处理更高的并发瓶颈。
GC的作用
1、找到内存空间的垃圾。
2、回收垃圾。
可达性分析算法
这个算法的核心思路就是通过一些列的“GC Roots”对象作为起始点，从这些对象开始往下搜索，搜索所经过的路径称之为“引用链”。
当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连的时候，证明此对象是可以被回收的。如下图所示
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在Java中，可作为GC Roots对象的列表：
Java虚拟机栈中的引用对象。
本地方法栈中JNI（既一般说的Native方法）引用的对象。
方法区中类静态常量的引用对象。
方法区中常量的引用对象。
对象生死与引用的关系
从上面的两种算法来看，不管是引用计数法还是可达性分析算法都与对象的“引用”有关，这说明：对象的引用决定了对象的生死。那对象的引用都有那些呢？
JDK1.2之后对引用进行了扩充，将引用分为：
强引用（Strong Reference）
软引用（Soft Reference）
弱引用（Weak Reference）
虚引用（Phantom Reference）
强引用、软引用、弱引用、虚引用，这4种引用的强度是依次递减的。
强引用：在代码中普遍存在的，类似“Object obj = new Object()”这类引用，只要强引用还在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。
软引用：是一种相对强引用弱化一些的引用，可以让对象豁免一些垃圾收集，只有当jvm认为内存不足时，才会去试图回收软引用指向的对象。jvm会确保在抛出OutOfMemoryError之前，清理软引用指向的对象。
弱引用：非必需对象，但它的强度比软引用更弱，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。
虚引用：也称为幽灵引用或幻影引用，是最弱的一种引用关系，无法通过虚引用来获取一个对象实例，为对象设置虚引用的目的只有一个，就是当这个对象被收集器回收时收到一条系统通知。
死亡标记与拯救
在可达性算法中不可达的对象，并不是“非死不可”的，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记的过程。
如果对象在进行可达性分析之后，没有与GC Roots相连接的引用链，它会被第一次标记，并进行筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。
执行finalize()方法的两个条件：
1、重写了finalize()方法。
2、finalize()方法之前没被调用过，因为对象的finalize()方法只能被执行一次。
如果满足以上两个条件，这个对象将会放置在F-Queue的队列之中，并在稍后由一个虚拟机自建的、低优先级Finalizer线程来执行它。
对象的“自我拯救”
finalize()方法是对象脱离死亡命运最后的机会，如果对象在finalize()方法中重新与引用链上的任何一个对象建立关联即可，比如把自己（this关键字）赋值给某个类变量或对象的成员变量。
不建议使用finalize()方法来拯救对象，原因如下：
1、对象的finalize()只能执行一次。
2、它的运行代价高昂。
3、不确定性大。
4、无法保证各个对象的调用顺序。
以下两篇看不完了,来日再战!!!!
JVM（四）垃圾回收的实现算法和执行细节
https://cloud.tencent.com/developer/article/1393470
JVM（五）垃圾回收器的前世今生
https://cloud.tencent.com/developer/article/1393472
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来源:王磊的博客
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