Java虚拟机（JVM）

1 JVM的主要组成

        类加载器：加载.class文件 -> 运行时数据区

        运行时数据区：

                堆：内存空间最大，new 出来的对象均存在此处；新生代（Eden ToSurvior FromSurvior 8:1:1） 老年代

                栈：线程栈；线程独享

                        局部变量表

                        操作数栈

                        动态链接：引入的方法等，这些需要获得直接引用（线程中 调用某一方法，只存储方法名，真正运行时需要解析成方法的直接引用处）

                        方法出口

                程序计数器：线程独享，标识当前程序运行位置

                方法区（元空间）：类元信息、常量池、静态变量

                本地方法栈：其它编程语言交互接口

        字节码执行引擎：1 调度class文件中的指令 2 调用垃圾收集器

        本地接口：其它编程语言交互接口

2 对象创建流程

创建对象的几种方式：

        new关键字

        Class newInstance

        Constructor newInstance

        clone

        反序列化

流程：

        类加载检查：使用new关键创建对象时，jvm先判断该类是否被加载，没有被加载则调用类加载器加载当前类

        分配内存：给当前对象分配内存（内存规整：指针碰撞 内存不规整：空闲列表）

        初始化：静态变量、String常量存储在元空间，并对属性赋初值

        设置对象头：每个对象都会有monitor监视（锁状态：无锁、偏向锁、轻量锁、重量锁），hashCode，分代年龄，线程id；并且保有指向类元信息的指针（类加载时，属性类型、size，动态链接等信息是保存在元空间的）

         执行init：对属性赋值（程序员自己设置的值）

3 内存泄漏

        本质原因：长生命周期的对象一直存着短生命周期对象的引用（导致短生命周期的对象一直无法被GC回收）

        ThreadLocal为什么会发生内存泄漏：

                使用ThreadLocal：为了让每个线程的变量是独享的（线程栈创建ThreadLocal对象，堆内存存储，而每个Thread对象有个成员变量=ThreadLocalMap key为ThreadLocal对象，value为线程独享数据，key对ThreadLocal对象的引用为弱引用的关系，可能会被垃圾回收，使得这块value区域一直无法被访问，最终导致内存泄漏）

                单个线程若执行结束后，数据会被清空，但一般是使用线程池，让线程得到循环利用，若ThreadLocal使用后没进行remove，就会堆积很多无法访问的区域，导致内存泄漏

4 垃圾收集器

        1 在JVM中，释放内存的操作由垃圾回收程序实现（低优先级）

        2 垃圾回收原理：可达性分析，创建对象时，就将引用对象串联起来，标记哪些对象被使用，释放不被使用的垃圾；程序员本身不好把控内存的释放，使用Java提供的GC

        3  java中的引用类型

                强引用：new 对象，只有当对象置空时才回收

                软引用：有用非必须对象，内存不够会回收（浏览器缓存）

                弱引用：下次GC会回收

                虚引用：

        4 如何判断对象可以被回收：引用计数法（无法解决循环引用）、可达性分析GC Roots向下串联引用的对象（当对象没被GC Roots引用时，可以被回收）

        5 JVM垃圾回收算法

                标记-清除：标记无用对象并回收，会产生内存碎片、效率低

                标记-整理：在标记清除的基础上，对存活对象进行整理；解决内存碎片问题，但需要复制对象，存在效率问题

                复制：内存划分为两块，存货对象复制到另一块区域；可用内存减半

                分代：目前市面上JVM选择，将内存区域划分为新生代和老年代

        6 JVM垃圾收集器

                新生代：

                        Serial：串行，简单高效；复制算法

                        Parallel：追求高吞吐量=用户线程时间/（用户线程时间+垃圾回收时间）；适用于交互不高的场景

                        ParNew：Serial的并行版本；为了配合老年代的CMS；复制算法

                        G1：并行收集器；标记整理

                老年代：

                        Serial Old：串行；标记整理算法

                        Parallel Old：追求高吞吐；标记整理

                        CMS：高并发、低停顿；标记清除

                        G1：并行收集器；标记整理

        7 分代回收理论

                新生代（占比1/3）（Eden FromSurvivor ToSurvivor 8:1:1）：对象一开始分配在Eden区，当对象被调用时，分代年龄+1（对象头标识的分代年龄），触发MinorGC时，将Eden FromSurvivor存活的对象移动到ToSurvivor区；当分代年龄达到15时，移动到老年代

                老年代（占比2/3）：当老年代内存不够时，触发FullGC，Stop The World；比MinorGC慢10倍，要避免经常触发FullGC

                新生代->老年代的潜规则：

                        大对象直接进入老年代：-XX:PretenureSizeThreshold=1000000 (单位是字节) -XX:+UseSerialGC；新生代内存远小于老年代，为了避免大对象占用新生代内存，可以设置大的对象直接进入老年代

                        长期存活对象进入老年代：默认15，可以修改

                        对象动态年龄判断：Survivor区一批对象的总大小>50%(-XX:TargetSurvivorRatio)时，会将分代年龄为n的直接移动到老年代

                        老年代空间担保机制：在接收年轻代对象时，会对自己的内存进行判断(-XX:-HandlePromotionFailure)，若没有足够空间，老年代会进行FullGC，若FullGC后还没内存，则会OOM

5 JVM类加载机制

1 类装载方式

        隐式装载：碰到new关键字

        显示装载：class.forname()

2 类加载器

        启动类加载器：java核心类库

        扩展类加载器：java的扩展库（导入的包等）

        系统类加载器：根据类路径加载类，应用类均是由其加载

        用户自定义加载器：继承ClassLoader

3 类装载步骤

        加载：根据路径找到相应的class文件后导入

        验证：检查class文件的正确性

        准备：静态变量分配内存空间并赋初值

        解析：常量引用替换为直接引用，如引用了其它类时需要直到其引用地址

        初始化：静态变量和静态代码块赋予期望值

4 双亲委派机制

        一个类加载器收到了类加载请求，自己不会加载该类，会交给父加载器区完成，只有当父加载器无法加载类时，才交给子加载器加载

        收到类加载请求时会遵循：自定义类加载器->应用程序类加载器->扩展类加载器->启动类加载器，上层类加载的优先级更高

        String、List等均属于高优先级的类，若我们想让类加载器加载我们自己定义的String类，必须打破双亲委派机制

6 JVM调优

1 什么情况下需要进行JVM调优

        应用程序响应时间过长，无法满足业务需求

        应用程序的吞吐量下降，无法满足业务需求（垃圾收集时间过长）

        应用程序内存使用率过高，甚至出现OOM（老年代内存不合理、分代回收时各参数设置不合理）

        应用程序频繁GC或GC时间过长，影响了程序的性能

2 JVM调优准备工作

        足够的测试和验证（分析内存占用情况、GC表现）