Java之JVM

JVM

Java语言可能不是最强大的语言，但是JVM一定是最强大的虚拟机。

一、JVM概述

什么是JVM?

Java代码执行流程

JVM的架构模型

JVM的生命周期

虚拟机的启动

Java虚拟机的启动是通过引导类加载器(bootstrap class loader)创建一个初始类(initial class)来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的。

虚拟机的执行

一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务:执行Java程序。程序开始执行时他才运行，程序结束时他就停止。执行一个所谓的Java程序的时候，真真正正在执行的是一个叫做Java虚拟机的进程。

虚拟机的退出

有如下的几种情况:

• 程序正常执行结束。
• 程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止。
• 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止。
• 某线程调用Runtime类或system类的exit方法，或 Runtime类的halt方法，并且Java安全管理器也允许这次exit或halt操作。
  除此之外，JNI ( Java Native Interface)规范描述了用JNI Invocation API来加载或卸载Java虚拟机FI，Java虚拟机的退出情况。

JVM发展历程

二、类加载子系统

类加载子系统的作用

1、类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载class文件，class文件在文件开头有特定的文件标识。
2、classLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由ExecutionEngine决定。
3、加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串常量和数字常量（这部分常量信息是class文件中常量池部分的内存映射）。

因此总结一下方法区都存放了哪些内容？

1. 类的信息和static变量
2. 常量池信息
   • 字符串常量
   • 数字常量

来一张经典的JVM内存结构图：其中类加载器的工作范围只限于下图的左半部分，不包含调用构造器实例化对象

4、如果调用构造器实例化对象，则其实例存放在堆区

类加载子系统功能细分

加载过程一、加载

1.通过一个类的全限定明获取定义此类的二进制字节流；

2.将这个字节流所代表的的静态存储结构转化为方法区的运行时数据；

3.在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

加载过程二、链接（验证、准备、解析）

• 验证
  • 目的在于确保class字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全。
  • 主要包括四种验证：文件格式验证，源数据验证，字节码验证，符号引用验证。
• 准备
  • 为static变量分配内存并且设置该static变量的默认初始值，即零值。
  • 这里不包含final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显示初始化；
  • 不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到java堆中。
• 解析
  • 将常量池中的符号引用转换为直接引用的过程。
  • 事实上，解析操作会伴随着jvm在执行完初始化之后再执行。
  • 符号引用就是用一组符号来描述所引用的目标。符号应用的字量形式明确定义在《java虚拟机规范》的class文件格式中。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。
  • 解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。对应常量池中的CONSTANT_Class_info/CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等。

加载过程三、初始化阶段（执行类构造器方法 clinit() 的过程）

1.clinit()即“class or interface initialization method”，注意他并不是指构造器init()

2.此方法不需要定义，是javac编译器自动收集类中的所有静态变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。

虚拟机必须保证一个类的clinit()方法在多线程下被同步加锁即一个类只需被clinit一次，之后该类的内部信息就被存储在方法区。

类加载器的分类

1.JVM支持两种类型的加载器，分别为引导类加载器C/C++实现（BootStrap ClassLoader）和自定义类加载器由Java实现

2.从概念上来讲，自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器，但是java虚拟机规范却没有这么定义，而是将所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器。

3.按照这样的加载器的类型划分，在程序中我们最常见的类加载器是：引导类加载器BootStrapClassLoader、自定义类加载器(Extension Class Loader、System Class Loader、User-Defined ClassLoader）

1.用户自定义类JVM是使用系统类加载器System Class Loader中的AppClassLoader进行加载。

2.java核心类库都是使用引导类加载器BootStrapClassLoader加载的。

/**
 * ClassLoader加载
 */
public class ClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) {
        //获取系统类加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

        //获取其上层  扩展类加载器
        ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(extClassLoader);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@610455d6

        //获取其上层 获取不到引导类加载器
        ClassLoader bootStrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
        System.out.println(bootStrapClassLoader);//null

        //对于用户自定义类来说：使用系统类加载器进行加载
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

        //String 类使用引导类加载器进行加载的  -->java核心类库都是使用引导类加载器加载的
        ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);//null获取不到间接证明了String 类使用引导类加载器进行加载的
    }
}

为什么使用用户自定义类加载器

1.隔离加载类

2.修改类加载的方式

3.拓展加载源

4.防止源码泄漏

ClassLoader的常用方法及获取方法

双亲委派机制（先委托父类去加载，父类不加载，再自己去尝试加载）

Java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将她的class文件加载到内存生成的class对象。而且加载某个类的class文件时，java虚拟机采用的是双亲委派机制，即把请求交由父类处理，它是一种任务委派 模式

双亲委派机制工作原理

举个例子

双亲委派机制的优势

• 避免类的重复加载。如上
• 保护程序安全，防止核心API被恶意修改。
• 保证核心API包的访问权限

三、运行时数据区

运行时数据区划分

内存是非常重要的系统资源，是硬盘和cpu的中间仓库及桥梁，承载着操作系统和应用程序的实时运行。JVM内存布局规定了JAVA在运行过程中内存申请、分配、管理的策略，保证了JVM的高效稳定运行。不同的JVM对于内存的划分方式和管理机制存在着部分差异（对于Hotspot主要指方法区）

java虚拟机定了了若干种程序运行期间会使用到的运行时数据区，其中有一些会随着虚拟机启动而创建，随着虚拟机退出而销毁。另外一些则是与线程一一对应的，这些与线程对应的数据区域会随着线程开始和结束而创建和销毁。如图，灰色的区域为单独线程私有的，红色的为多个线程共享的，即

每个线程：独立包括程序计数器、栈、本地栈

线程间共享：堆、堆外内存（方法区、永久代或元空间、代码缓存）

一般来说，jvm优化95%是优化堆区，5%优化的是方法区，至于栈区无非出入栈操作优化较少

运行时数据区——程序计数器（PC寄存器）

1. PC寄存器介绍

PC寄存器是用来存储指向下一条指令的地址，也即将要执行的指令的地址。由执行引擎读取下一条指令。

1.它是一块很小的内存空间，几乎可以忽略不计。也是运行速度最快的存储区域

2.在jvm规范中，每个线程都有它自己的程序计数器，是线程私有的，生命周期与线程的生命周期保持一致。

3.任何时间一个线程都只有一个方法在执行，也就是所谓的当前方法。程序计数器会存储当前线程正在执行的java方法的JVM指令地址；或者，如果实在执行native方法，则是未指定值（undefined）,因为程序计数器不负责本地方法栈。

4.它是程序控制流的指示器，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

5.字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一跳需要执行的字节码指令

6.它是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OOM（Out Of Memery）情况的区域,而且没有GC垃圾回收

2.PC寄存器面试常问的问题（**）

使用PC寄存器存储字节码指令地址有什么用呢？（为什么使用PC寄存器记录当前线程的执行地址呢）

• 多线程情况下，宏观上是并行的（多个线程同时执行），实际上是并发交替的执行的。线程之间会存在频繁地来回切换。

• 因为CPU需要不停的切换各个线程，这时候切换回来以后，就得知道接着从哪开始继续执行。

• 因此JVM的字节码解释器就需要通过改变PC寄存器的值来明确下一条应该执行哪一条字节码指令。

  所以，众多线程在并发执行过程中，任何一个确定的时刻，一个处理器或者多核处理器中的一个内核，只会执行某个线程中的一条指令。这样必然导致经常中断或恢复，如何保证分毫无差呢？每个线程在创建后，都会产生自己的程序计数器和栈帧，程序计数器在各个线程之间互不影响。

PC寄存器为什么会设定为线程私有？

CPU会不停滴做任务切换，这样必然会导致经常中断或恢复，如何保证分毫无差呢？

为了能够准确地记录各个线程正在执行的当前字节码指令地址，最好的办法自然是**为每一个线程都分配一个PC寄存器,**这样一来各个线程之间便可以进行独立计算，从而不会出现相互干扰的情况。

运行时数据区——虚拟机栈

虚拟机栈概述

由于跨平台性的设计，java的指令都是根据栈来设计的。不同平台CPU架构不同，所以不能设计为基于寄存器的。
根据栈设计的优点是跨平台，指令集小，编译器容易实现，缺点是性能下降，实现同样的功能需要更多的指令。

JVM中的堆与栈的区别

==栈是运行时的单位，而堆是存储的单位。==栈管运行，堆管存储。

1.栈解决程序的运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据。堆解决的是数据存储问题，即数据怎么放、放在哪儿。

2.一般来讲，对象主要都是放在堆空间的，是运行时数据区比较大的一块。

3.栈空间存放 基本数据类型的局部变量，以及引用数据类型的对象的引用

JVM虚拟机栈的特点

1. java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack），早期也叫Java栈。 每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧（Stack Frame），对应这个一次次的java方法调用。它是线程私有的。

2. 栈生命周期和线程一致

3. 栈是一种快速有效的分配存储方式，访问速度仅次于PC寄存器。

4. 作用：主管java程序的运行，它保存方法的局部变量、8种基本数据类型、对象的引用地址、程序运算的中间结果，形参与方法的调用和返回。

5. JVM直接对java栈的操作只有两个

   （1）每个方法执行，伴随着进栈（入栈，压栈）

   （2）执行结束后的出栈工作

6. 因此对于栈来说不存在垃圾回收问题，因为它处理完就出栈了，但是肯定存在OOM异常。

栈中可能出现的异常

java虚拟机规范允许Java栈的大小是动态的或者是固定不变的

如果采用固定大小的Java虚拟机栈，那每一个线程的java虚拟机栈容量可以在线程创建的时候独立选定。如果线程请求分配的栈容量超过java虚拟机栈允许的最大容量，java虚拟机将会抛出一个 StackOverFlowError异常

如果java虚拟机栈可以动态拓展，并且在尝试拓展的时候无法申请到足够的内存，或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，那java虚拟机将会抛出一个 OutOfMemoryError异常

设置栈的内存大小

我们可以使用参数-Xss选项来设置线程的最大栈空间，栈的大小直接决定了函数调用的最大可达深度。 （IDEA设置方法：Run-EditConfigurations-VM options 填入指定栈的大小-Xss256k等）

JVM栈的存储结构与运行原理

1.每个线程都有自己的栈，栈中的数据都是以**栈帧(Stack Frame)**的格式存在。

2.在这个线程上正在执行的每个方法都对应各自的一个栈帧。

3.栈帧是一个内存区块，是一个数据集，维系着方法执行过程中的各种数据信息。

4.JVM直接对java栈的操作只有两个，就是对栈帧的压栈和出栈，遵循先进后出/后进先出的和原则。

5.在一条活动线程中，一个时间点上，只会有一个活动的栈帧。即只有当前正在执行的方法的栈帧（栈顶栈帧）是有效的，这个栈帧被称为当前栈帧(Current Frame),与当前栈帧对应的方法就是当前方法（Current Frame），拥有该方法的类叫当前类。

6.执行引擎运行的所有字节码指令只针对当前栈帧进行操作。

7.如果在该方法中调用了其他方法，对应的新的栈帧会被创建出来，放在栈的顶端，成为新的当前栈帧。

8.不同线程中所包含的栈帧是不允许相互引用的，即不可能在另一个栈帧中引用另外一个线程的栈帧

9.如果当前方法调用了其他方法，方法返回之际，当前栈帧会传回此方法的执行结果给前一个栈帧，接着，虚拟机会丢弃当前栈帧，使得前一个栈帧重新成为当前栈帧。

10.Java方法有两种返回函数的方式，一种是正常的函数返回，使用return指令；另外一种是抛出异常。不管使用哪种方式，都会导致栈帧被弹出。

JVM栈相关的面试题

1.举例栈溢出的情况？（StackOverflowError）

• 递归调用等，通过-Xss设置栈的大小；

2.调整栈的大小，就能保证不出现溢出么？

• 不能 如递归无限次数肯定会溢出，调整栈大小只能保证溢出的时间晚一些，极限情况会导致OOM内存溢出（Out Of Memery Error）注意是Error

3.分配的栈内存越大越好么？

• 不是 会挤占其他线程的空间

4.垃圾回收是否会涉及到虚拟机栈？

• 不会。因为栈帧执行完随即就出栈了。不需要GC进行垃圾回收处理。
  

• 关于Error我们再多说一点，上面的讨论不涉及Exception

• 首先Exception和Error都是继承于Throwable 类，在 Java 中只有 Throwable 类型的实例才可以被抛出（throw）或者捕获（catch），它是异常处理机制的基本组成类型。

• Exception和Error体现了JAVA这门语言对于异常处理的两种方式。

• Exception是java程序运行中可预料的异常情况，咱们可以获取到这种异常，并且对这种异常进行业务外的处理。

• Error是java程序运行中不可预料的异常情况，这种异常发生以后，会直接导致JVM不可处理或者不可恢复的情况。所以这种异常不可能抓取到，比如OutOfMemoryError、NoClassDefFoundError等。

• 其中的Exception又分为检查性异常和非检查性异常。两个根本的区别在于，检查性异常 必须在编写代码时，使用try catch捕获（比如：IOException异常）。非检查性异常 在代码编写使，可以忽略捕获操作（比如：ArrayIndexOutOfBoundsException），这种异常是在代码编写或者使用过程中通过规范可以避免发生的。

5.方法中定义的局部变量是否线程安全？

• 要具体情况具体分析

/**
 * 面试题：
 * 方法中定义的局部变量是否线程安全？具体情况具体分析
 *
 * 何为线程安全？
 *     如果只有一个线程可以操作此数据，则必定是线程安全的。
 *     如果有多个线程操作此数据，则此数据是共享数据。如果不考虑同步机制的话，会存在线程安全问题
 *
 * 我们知道StringBuffer是线程安全的源码中实现synchronized，StringBuilder源码未实现synchronized,在多线程情况下是不安全的 * 二者均继承自AbstractStringBuilder * */
public class StringBuilderTest {

    //s1的声明方式是线程安全的，s1在方法method1内部消亡了
    public static void method1(){
        StringBuilder s1 = new StringBuilder();
        s1.append("a");
        s1.append("b");
    }

    //stringBuilder的操作过程：是不安全的，因为method2可以被多个线程调用
    public static void method2(StringBuilder stringBuilder){
        stringBuilder.append("a");
        stringBuilder.append("b");
    }

    //s1的操作：是线程不安全的 有返回值，可能被其他线程共享
    public static StringBuilder method3(){
        StringBuilder s1 = new StringBuilder();
        s1.append("a");
        s1.append("b");
        return s1;
    }

    //s1的操作：是线程安全的 ，StringBuilder的toString方法是创建了一个新的String，s1在内部消亡了
    public static String method4(){
        StringBuilder s1 = new StringBuilder();
        s1.append("a");
        s1.append("b");
        return s1.toString();
    }

    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder s = new StringBuilder();
        new Thread(()->{
            s.append("a");
            s.append("b");
        }).start();

        method2(s);

    }
}

Java虚拟机栈——栈帧

栈帧的内部结构

每个栈帧中存储着

1.局部变量表（Local Variables）

2.操作数栈（Operand Stack）(或表达式栈)

3.动态链接（Dynamic Linking）(或执行 “运行时常量池” 的方法引用)----深入理解Java多态特性必读！！

4.方法返回地址（Return Adress）（或方法正常退出或者异常退出的定义）

5.一些附加信息

其中部分参考书目上，称方法返回地址、动态链接、附加信息为帧数据区

局部变量表

1. 局部变量表也被称之为局部变量数组或本地变量表

2. ==定义为一个数字数组，主要用于存储方法参数、局部变量==这些数据包括各类基本数据类型、对象引用，以及返回地址类型。

3. 由于局部变量表是建立在线程的栈上，是线程私有的数据，因此不存在数据安全问题。

4. 局部变量表所需的容量大小是在编译期确定下来的。并保存在方法的Code属性的maximum local variables数据项中。在方法运行期间是不会改变局部变量表的大小的。

5. 方法嵌套调用的次数由栈的大小决定。一般来说，栈越大，方法嵌套次数越多。对一个函数而言，他的参数和局部变量越多，使得局部变量表膨胀，它的栈帧就越大，以满足方法调用所需传递的信息增大的需求。进而函数调用就会占用更多的栈空间。

6. 局部变量表中的变量只在当前方法调用中有效。在方法执行时，虚拟机通过使用局部变量表完成参数值到参数变量列表的传递过程。当方法调用结束后，随着方法栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁。

查看栈帧的局部变量表

变量槽Slot

1. 参数值的存放总是在局部变量数组的index0开始，到数组长度-1的索引结束。

2. 局部变量表，最基本的存储单位是slot(变量槽)

3. 局部变量表中存放编译期可知的各种基本数据类型，引用类型，returnAddress类型的变量。

4. 在局部变量表里，32位以内的类型只占用一个slot，64位的类型（long和double）占用两个slot。

   byte、short、char、float在存储前被转换为int，boolean也被转换为int，0表示false，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. 当一个实例方法被调用的时候，它的参数和局部变量将会按声明顺序被复制到局部变量表中的每一个slot上。

7. 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或者double类型变量）

8. 如果当前栈是由构造方法或者实例方法创建的（意思是当前帧所对应的方法是构造器方法或者是普通的实例方法），那么该对象引用this将会存放在index为0的slot处，其余的参数都按照参数表顺序排列。

9. 静态方法中不能引用this，是因为静态方法所对应的栈帧中的局部变量表中不存在this。

slot的重复利用

栈帧中的局部变量表中的槽位是可以重复利用的，如果一个局部变量过了其作用域，那么在其作用域之后申明的新的局部变量就很有可能会复用过期局部变量的槽位，从而达到节省资源的目的。

上述代码对应的栈帧中局部变量表中一共有多少个slot，或者说局部变量表的长度是几？答案是3：

变量b的作用域是

{
     int b = 0;
     b = a+1;
}

this占0号、a单独占1个槽号、c重复使用了b的槽号

静态变量与局部变量的对比及小结

变量的分类：

• 按照数据类型分：
  • ①基本数据类型;
  • ②引用数据类型；
• 按照在类中声明的位置分：
  • ①成员变量：在使用前，都经历过默认初始化赋值
    • static修饰：类变量：类加载链接的准备preparation阶段给类变量默认赋0值—>初始化阶段initialization给类变量显式赋值及静态代码块赋值；
    • 不被static修饰：实例变量：随着对象的创建，会在堆空间分配实例变量空间，并进行默认赋值
  • ②局部变量：使用前，必须进行显示赋值！否则编译通不过！

补充说明

• 在栈帧中，与性能调优关系最为密切的部分就是局部变量表。在方法执行时，虚拟机使用局部变量表完成方法的传递
• 局部变量表中的变量也是重要的垃圾回收根节点，只要被局部变量表中直接或间接引用的对象都不会被回收

操作数栈

1.栈 ：可以使用数组或者链表来实现

2.每一个独立的栈帧中除了包含局部变量表以外，还包含一个后进先出的操作数栈，也可以成为表达式栈

3.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（push）或出栈（pop）

​ 某些字节码指令将值压入操作数栈，其余的字节码指令将操作数取出栈，使用他们后再把结果压入栈。（如字节码指令bipush操作）

操作数栈特点

• 操作数栈，主要作为计算过程中涉及变量的临时存储空间，同时用于保存计算过程的中间结果。
• 操作数栈就是jvm执行引擎的一个工作区，当一个方法开始执行的时候，一个新的栈帧也会随之被创建出来，这个方法的操作数栈是空的。
• 每一个操作数栈都会拥有一个明确的栈深度用于存储数值，其所需的最大深度在编译器就定义好了，保存在方法的code属性中，为max_stack的值。
• 栈中的任何一个元素都是可以任意的java数据类型
  • 32bit的类型占用一个栈单位深度
  • 64bit的类型占用两个栈深度单位
• 操作数栈并非采用访问索引的方式来进行数据访问的，而是只能通过标准的入栈push和出栈pop操作来完成一次数据访问。
• **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，**并更新PC寄存器中下一条需要执行的字节码指令。
• 操作数栈中的元素的数据类型必须与字节码指令的序列严格匹配，这由编译器在编译期间进行验证，同时在类加载过程中的类验证阶段的数据流分析阶段要再次验证。
• 另外，我们说Java虚拟机的解释引擎是基于栈的执行引擎,其中的栈指的就是操作数栈。

操作数栈代码追踪

栈顶缓存技术TOS（Top-of-Stack Cashing）

• 基于栈式架构的虚拟机所使用的零地址指令（即不考虑地址，单纯入栈出栈）更加紧凑，但完成一项操作的时候必然需要使用更多的入栈和出栈指令，这同时也就意味着将需要更多的指令分派（instruction dispatch）次数和内存读/写次数
• 由于操作数是存储在内存中的，因此频繁地执行内存读/写操作必然会影响执行速度。为了解决这个问题，HotSpot JVM的设计者们提出了栈顶缓存技术，将栈顶元素全部缓存在物理CPU的寄存器中，以此降低对内存的读/写次数，提升执行引擎的执行效率

动态链接

1.运行时常量池位于方法区（注意： JDK1.7 及之后版本的 JVM 已经将运行时常量池从方法区中移了出来，在 Java 堆（Heap）中开辟了一块区域存放运行时常量池。）

字节码中的常量池结构如下：

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。

2**.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 **。

3.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。==

方法的调用

在JVM中，将符号引用转换为调用方法的直接引用与方法的绑定机制相关。

• 静态链接

  当一个 字节码文件被加载进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。

• 动态链接

  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。

对应的方法的绑定机制为：早起绑定（Early Binding）和晚期绑定（Late Bingding）。绑定是一个字段、方法或者类在符号引用被替换为直接引用的过程，这仅仅发生一次。

• 早期绑定

  早期绑定就是指被调用的目标方法如果在编译期可知，且运行期保持不变时，即可将这个方法与所属的类型进行绑定，这样一来，由于明确了被调用的目标方法究竟是哪一个，因此也就可以使用静态链接的方式将符号引用转换为直接引用。

• 晚期绑定

  如果被调用的方法在编译期无法被确定下来，只能够在程序运行期根据实际的类型绑定相关的方法，这种绑定方式也就被称之为晚期绑定。

随着高级语言的横空出世，类似于java一样的基于面向对象的编程语言如今越来越多，尽管这类编程语言在语法风格上存在一定的差别，但是它们彼此之间始终保持着一个共性，那就是都支持封装，继承和多态等面向对象特性，既然这一类的编程语言具备多态特性，那么自然也就具备早期绑定和晚期绑定两种绑定方式。

Java中任何一个普通的方法其实都具备虚函数的特征，它们相当于C++语言中的虚函数（C++中则需要使用关键字virtual来显式定义）。如果在Java程序中不希望某个方法拥有虚函数的特征时，则可以使用关键字final来标记这个方法。

虚方法和非虚方法

虚方法就是可以被子类重写的方法,如果子类重写了虚方法,那么运行时将使用重写后的逻辑,如果没有重写,则使用父类中虚方法的逻辑。

子类对象的多态性使用前提：
①类的继承关系（父类的声明）②方法的重写（子类的实现）

实际开发编写代码中用的接口，实际执行是导入的的三方jar包已经实现的功能

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

其他所有体现多态特性的方法称为虚方法

虚拟机中提供了一下几条方法调用指令

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();
}

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
• 但是java7中并没有提供直接生成invokedynamic指令的方法，需要借助ASM这种底层字节码工具来产生invokedynamic指令.直到Java8的Lambda表达式的出现，invokedynamic指令的生成，在java中才有了直接生成方式
• Java7中增加的动态语言类型支持的本质是对java虚拟机规范的修改，而不是对java语言规则的修改，这一块相对来讲比较复杂，增加了虚拟机中的方法调用，最直接的受益者就是运行在java平台的动态语言的编译器

动态类型语言和静态类型语言

• 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。
• 直白来说 静态语言是判断变量自身的类型信息；动态类型语言是判断变量值的类型信息，变量没有类型信息，变量值才有类型信息,这是动态语言的一个重要特征
• 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 = "硅谷";//静态语言

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

Python: info = 130;//更加彻底的动态语言

方法重写的本质

• 1 找到操作数栈的第一个元素所执行的对象的实际类型，记作C。
• 2.如果在类型C中找到与常量池中的描述符、简单名称都相符的方法，则进行访问权限校验，如果通过则返回这个方法的直接引用，查找过程结束；如果不通过，则返回java.lang.IllegalAccessError异常。
• 3.否则，按照继承关系从下往上依次对c的各个父类进行第二步的搜索和验证过程。
• 4.如果始终没有找到合适的方法，则抛出java.lang.AbstractMethodError异常。 IllegalAccessError介绍 程序视图访问或修改一个属性或调用一个方法，这个属性或方法，你没有权限访问。一般的，这个会引起编译器异常。这个错误如果发生在运行时，就说明一个类发生了不兼容的改变。

虚方法表

• 在面向对象编程中，会很频繁地使用到动态分派，如果在每次动态分派的过程中都要重新在类的方法元数据中搜索合适的目标的话就可能影响到执行效率。因此，为了提高性能，jvm采用在类的方法区建立一个虚方法表（virtual method table）（非虚方法不会出现在表中）来实现。使用索引表来代替查找。
• 每个类中都有一个虚方法表，表中存放着各个方法的实际入口。
• 那么虚方法表什么时候被创建？ 虚方法表会在类加载的链接阶段被创建 并开始初始化，类的变量初始值准备完成之后，jvm会把该类的虚方法表也初始化完毕。

方法返回地址

• 存放调用该方法的PC寄存器的值。
• 一个方法的结束，有两种方式：
  • 正常执行完成
  • 出现未处理的异常，非正常退出
• 无论通过哪种方式退出，在方法退出后都返回到该方法被调用的位置。方法正常退出时，调用者（方法的调用者可能也是一个方法）的pc计数器的值作为返回地址，即调用该方法的指令的下一条指令的地址。而通过异常退出时，返回地址是要通过异常表来确定，栈帧中一般不会保存这部分信息。
• 本质上，方法的退出就是当前栈帧出栈的过程。此时，需要恢复上层方法的局部变量表、操作数栈、将返回值入调用者栈帧的操作数栈、设置PC寄存器值等，让调用者方法继续执行下去。
• 正常完成出口和异常完成出口的区别在于：通过异常完成出口退出的不会给他的上层调用者产生任何的返回值。

当一个方法开始执行后，只有两种方式可以退出这个方法

1.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；

• 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
• 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)
• 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

2.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
方法执行过程中抛出异常时的异常处理，存储在一个异常处理表，方便在发生异常的时候找到处理异常的代码。

四、JVM运行时数据区——堆（*）

一个进程对应一个jvm实例一个运行时数据区，而进程又包含多个线程，这些线程共享了方法区和堆，每个线程各自拥有自己的程序计数器、本地方法栈和虚拟机栈。

概述

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，其空间大小也就确定了。是JVM管理的最大一块内存空间（堆内存的大小是可以调节的）。

3.《Java虚拟机规范》规定，堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但在逻辑上它应该被视为连续的。

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（TLAB:Thread Local Allocation Buffer）.（面试问题：堆空间一定是所有线程共享的么？不是，TLAB线程在堆中独有的）。

5.《Java虚拟机规范》中对java堆的描述是：几乎所有的对象实例以及数组都应当在运行时分配在堆上。从实际使用的角度看，“几乎”所有的对象的实例都在这里分配内存 （‘几乎’是因为可能存储在栈上，另见逃逸分析）。

6。数组或对象永远不会存储在栈上，因为栈帧中保存引用，这个引用指向对象或者数组在堆中的位置。

7.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会被移除。

8.堆，是GC(Garbage Collection垃圾收集器) 执行垃圾回收的重点区域。

配置堆内存及查看JVM进程

堆的细分内存结构

设置堆内存大小和OOM

1.Java堆区用于存储java对象实例，堆的大小在jvm启动时就已经设定好了，可以通过 -Xms 和 -Xmx来进行设置

• -Xms 用来设置堆空间（年轻代+老年代）的初始内存大小，等价于 -XX:InitialHeapSize
  • -X 是jvm的运行参数
  • ms 是memory start
• -Xmx 用于设置堆的最大内存，等价于 -XX:MaxHeapSize

2.一旦堆区中的内存大小超过 -Xmx所指定的最大内存时，将会抛出OOM异常。

• 默认情况下，初始内存大小：物理内存大小1/64;最大内存大小：物理内存大小1/4。
• 手动设置：-Xms600m -Xmx600m。

3.通常会将-Xms和-Xmx两个参数配置相同的值，其目的就是为了能够在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，从而提高性能。

• 比如说：

  默认空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制；空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到 -Xms的最小限制。
  因此服务器一般设置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC 后调整堆的大小

4.查看设置的堆内存参数：

• 方式一： 终端输入jps ， 然后jstat -gc+进程id。
• 方式二：（控制台打印）Edit Configurations->VM Options 添加 -XX:+PrintGCDetails

查看堆内存大小测试

OOM示例

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space。代码示例：

年轻代与老年代

1.存储在JVM中的java对象可以被划分为两类：

• 一类是生命周期较短的瞬时对象，这类对象的创建和消亡都非常迅速
• 另外一类对象时生命周期非常长，在某些情况下还能与JVM的生命周期保持一致

2.Java堆区进一步细分可以分为年轻代（YoungGen）和老年代（OldGen）。其中年轻代可以分为Eden空间、Survivor0空间和Survivor1空间（有时也叫frmo区，to区）

3.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

4.在hotSpot中，Eden空间和另外两个Survivor空间缺省所占的比例是8：1：1（测试的时候是6：1：1，因为存在自适应），开发人员可以通过选项 -XX:SurvivorRatio 调整空间比例，如-XX:SurvivorRatio=8

5.几乎所有的Java对象都是在Eden区被new出来的。

6.绝大部分的Java对象都销毁在新生代了（IBM公司的专门研究表明，新生代80%的对象都是“朝生夕死”的）

7.可以使用选项-Xmn设置新生代最大内存大小（这个参数一般使用默认值就好了）

图解对象内存分配的一般过程

为新对象分配内存是件非常严谨和复杂的任务，JVM的设计者们不仅需要考虑内存如何分配、在哪里分配的问题，并且由于内存分配算法与内存回收算法密切相关，所以还需要考虑GC执行完内存回收后是否会在内存空间中产生内存碎片。

1.new的对象先放伊甸园区。此区有大小限制。

2.当伊甸园的空间填满时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收（Minor GC),将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。再加载新的对象放到伊甸园区

3.然后将伊甸园中的剩余的幸存对象移动到幸存者0区。

4.如果再次触发垃圾回收，此时上次幸存下来的放到幸存者0区的，如果没有回收，就会放到幸存者1区。

5.如果再次经历垃圾回收，此时会重新放回幸存者0区，接着再去幸存者1区。

6.啥时候能去养老区呢？可以设置次数。默认是15次。·可以设置参数：-XX:MaxTenuringThreshold=进行设置。

7.在养老区，相对悠闲。当老年区内存不足时，再次触发GC：Major GC，进行养老区的内存清理。

8.若养老区执行了Major GC之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常。

总结：针对幸存者s0,s1区：复制之后有交换，谁空谁是to。
关于垃圾回收：频繁在新生区收集，很少在养老区收集，几乎不再永久区/元空间收集。

注意：只有伊甸园满了才会触minorGC/youngGC,而幸存者区满了是绝对不会触发minorGC的。

对象分配的特殊情况

常用的调优工具

1.JDK命令行

2.Eclipse：Memory Analyzer Tool

3.Jconsole

4**.VisualVM**

5.Jprofiler

6.Java Flight Recorder

7.GCViewer

8.GC Easy

Minor GC 、Major GC 、Full GC

JVM在进行GC时，并非每次都针对上面三个内存区域（新生代、老年代、方法区）一起回收的，大部分时候回收都是指新生代。

针对hotSpot VM的实现，它里面的GC按照回收区域又分为两大种类型：一种是部分收集（Partial GC），一种是整堆收集（Full GC）

1.部分收集：不是完整收集整个Java堆的垃圾收集。其中又分为：

• 新生代收集（Minor GC/Young GC）：只是新生代的垃圾收集
• 老年代收集（Major GC/Old GC）：只是老年代的垃圾收集
  • 目前，只有CMS GC会有单独收集老年代的行为
  • 注意，很多时候Major GC 会和 Full GC混淆使用，需要具体分辨是老年代回收还是整堆回收
• 混合收集（Mixed GC）：收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集。
  • 混合收集不涉及方法区回收，只是新生代，老年代的混合收集。
  • 目前，之后G1 GC会有这种行为。

2.整堆收集（Full GC）：收集整个java堆和方法区的垃圾收集。

不同GC的触发机制

年轻代GC（Minor GC）触发机制：

• 当年轻代空间不足时，就会触发Minor GC，这里的年轻代满指的是Eden代满，Survivor满不会引发GC.(每次Minor GC会清理年轻代的内存，Survivor是被动GC，不会主动GC)

• 因为Java队形大多都具备朝生夕灭的特性，所以Minor GC 非常频繁，一般回收速度也比较快，这一定义既清晰又利于理解。

• Minor GC 会引发STW（Stop the World），暂停其他用户的线程，等垃圾回收结束，用户线程才恢复运行。

老年代GC(Major GC/Full GC)触发机制：

• 指发生在老年代的GC,对象从老年代消失时，Major GC 或者 Full GC 发生了。
• 出现了Major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC（不是绝对的，在Parallel Scavenge 收集器的收集策略里就有直接进行Major GC的策略选择过程）
  • 也就是老年代空间不足时，会先尝试触发Minor GC。如果之后空间还不足，则触发Major GC
• Major GC速度一般会比Minor GC慢10倍以上，STW时间更长
• 如果Major GC后，内存还不足，就报OOM了

Full GC触发机制：

• 触发Full GC执行的情况有以下五种

  • ①调用System.gc()时，系统建议执行Full GC，但是不必然执行
  • ②老年代空间不足
    • 通过Minor GC后进入老年代的平均大小，“大于”老年代的可用内存
    • 由Eden区，Survivor S0（from）区向S1（to）区复制时，对象大小大于To Space可用内存，则把该对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象大小
  • ③方法区空间不足

• 说明：Full GC 是开发或调优中尽量要避免的，这样暂停时间会短一些

堆内存的分代思想

为什么要把Java堆分代？不分代就不能正常工作了么

• 经研究，不同对象的生命周期不同。70%-99%的对象都是临时对象。
  • 新生代：有Eden、Survivor构成（s0,s1 又称为from to），to总为空
  • 老年代：存放新生代中经历多次依然存活的对象
• 其实不分代完全可以，分代的唯一理由就是优化GC性能。如果没有分代，那所有的对象都在一块，就如同把一个学校的人都关在一个教室。GC的时候要找到哪些对象没用，这样就会对堆的所有区域进行扫描，而很多对象都是朝生夕死的，如果分代的话，把新创建的对象放到某一地方，当GC的时候先把这块存储“朝生夕死”对象的区域进行回收，这样就会腾出很大的空间出来。

内存分配策略总结

如果对象在Eden出生并经过第一次Minor GC后依然存活，并且能被Survivor容纳的话，将被移动到Survivor空间中，把那个将对象年龄设为1.对象在Survivor区中每熬过一次MinorGC，年龄就增加一岁，当它的年龄增加到一定程度（默认15岁，其实每个JVM、每个GC都有所不同）时，就会被晋升到老年代中

• 对象晋升老年代的年龄阈值，可以通过选项 -XX：MaxTenuringThreshold来设置

针对不同年龄段的对象分配原则如下：

• 优先分配到Eden
• 大对象直接分配到老年代
  • 我们要尽量避免程序中出现过多的大对象
• 长期存活的对象分配到老年代
• 动态对象年龄判断
  • 如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入到老年代。无需等到MaxTenuringThreshold中要求的年龄。

大对象直接进入老年代举例

分配60m堆空间，新生代 20m ，Eden 16m， s0 2m， s1 2m，创建一个buffer对象20m，Eden 区无法存放buffer， 直接晋升老年代。

空间分配担保机制

简单解释一下为什么会出现这种情况： 因为给 allocation2 分配内存的时候 eden 区内存几乎已经被分配完了，我们刚刚讲了当 Eden 区没有足够空间进行分配时，虚拟机将发起一次 Minor GC.GC 期间虚拟机又发现 allocation1 无法存入 Survivor 空间，所以只好通过 **分配担保机制：**把新生代的对象提前转移到老年代中去，老年代上的空间足够存放 allocation1，所以不会出现 Full GC。执行 Minor GC 后，后面分配的对象如果能够存在 eden 区的话，还是会在 eden 区分配内存。可以执行如下代码验证：

TLAB（堆中的线程私有缓存区）

为什么有TLAB（Thread Local Allocation Buffer）？

• 众所周知堆区是线程共享区域，任何线程都可以访问到堆区中的共享数据。由于对象实例的创建在JVM中非常频繁，因此在并发环境下从堆区中划分内存空间是线程不安全的。
• 一般为了避免多个线程操作同一地址，需要使用加锁等机制，进而影响分配速度。
• 为了解决这一问题，TLAB应运而生。

什么是TLAB ？

• 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，在Eden区内，JVM为每个线程分配了一个私有缓存区域。
• 多线程同时分配内存时，使用TLAB可以避免一系列的非线程安全问题，同时还能够提升内存分配的吞吐量，因此我们可以将这种内存分配方式称之为快速分配策略。
• 所有OpenJDK衍生出来的JVM都提供了TLAB的设计

• 尽管不是所有的对象实例都能够在TLAB中成功分配内存，但JVM明确还是将TLAB作为内存分配的首选。

• 在程序中，开发人员可以通过选项-XX:UseTLAB 设置是够开启TLAB空间。

• 默认情况下，TLAB空间的内存非常小，仅占有整个Eden空间的1%，当然我们可以通过选项 -XX:TLABWasteTargetPercent 设置TLAB空间所占用Eden空间的百分比大小。

• 一旦对象在TLAB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

TLAB对象分配过程

堆空间的参数设置

• -XX:PrintFlagsInitial: 查看所有参数的默认初始值
• -XX:PrintFlagsFinal：查看所有的参数的最终值（可能会存在修改，不再是初始值）
  • 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： 查看新生代中Eden和S0/S1空间的比例
• -Xms: 初始堆空间内存（默认为物理内存的1/64）
• -Xmx: 最大堆空间内存（默认为物理内存的1/4）
• -Xmn: 设置新生代大小（初始值及最大值）
• -XX:NewRatio: 配置新生代与老年代在堆结构的占比
• -XX:SurvivorRatio：设置新生代中Eden和S0/S1空间的比例
• -XX:MaxTenuringThreshold：设置新生代垃圾的最大年龄(默认15)
• -XX:+PrintGCDetails：输出详细的GC处理日志。
  • 打印gc简要信息：① -XX:+PrintGC ② -verbose:gc
• -XX:HandlePromotionFailure：是否设置空间分配担保默认已经开启

HandlePromotionFailure参数说明

在发生Minor Gc之前，虚拟机会检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象的总空间。

• 如果大于，则此次Minor GC是安全的
• 如果小于，则虚拟机会查看-XX:HandlePromotionFailure设置值是否允许担保失败。（JDK 7以后的规则HandlePromotionFailure可以认为就是true）
  • 如果HandlePromotionFailure=true,那么会继续检查老年代最大可用连续空间是否大于历次晋升到老年代的对象的平均大小。
    • √如果大于，则尝试进行一次Minor GC,只是尝试看能否触发分配担保（我们肯定希望的是分配担保成功Eden–>old/tentired），但这次Minor GC依然是有风险的；
    • √如果小于，则改为进行一次Full GC。
  • √如果HandlePromotionFailure=false,则改为进行一次Full GC。

注意：在JDK6 Update24之后（JDK7），HandlePromotionFailure参数不会再影响到虚拟机的空间分配担保策略，观察openJDK中的源码变化，虽然源码中还定义了HandlePromotionFailure参数，但是在代码中已经不会再使用它。

JDK6 Update24之后的规则变为：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。

JVM-堆是分配对象的唯一选择吗？

在《深入理解Java虚拟机》中关于Java堆内存有这样一段描述：随着JIT编译期的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化，所有的对象都分配到堆上也渐渐变得不那么“绝对”了。
  在Java虚拟机中，对象是在Java堆中分配内存的，这是一个普遍的常识。但是，==有一种特殊情况，那就是如果经过逃逸分析（Escape Analysis)后发现，一个对象并没有逃逸出方法的话，那么就可能被优化成栈上分配。==这样就无需在堆上分配内存，也无须进行垃圾回收了。这也是最常见的堆外存储技术。
  此外，前面提到的基于OpenJDK深度定制的TaoBaoVM,其中创新的GCIH(GCinvisible heap)技术实现off-heap,将生命周期较长的Java对象从heap中移至heap外，并且GC不能管理GCIH内部的Java对象，以此达到降低GC的回收频率和提升GC的回收效率的目的。

五、逃逸分析

• 如何将堆上的对象分配到栈，需要使用逃逸分析手段。
• 这是一种可以有效减少Java程序中同步负载和内存堆分配压力的跨函数全局数据流分析算法。
• 通过逃逸分析，Java Hotspot编译器能够分析出一个新的对象的引用的使用范围从而决定是否要将这个对象分配到堆上。
• 逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域：
  • 当一个对象在方法中被定义后，对象只在方法内部使用，则认为没有发生逃逸。
  • ==当一个对象在方法中被定义后，它被外部方法所引用，则认为发生逃逸。==例如作为调用参数传递到其他地方中。
• 如何快速的判断是否发生了逃逸分析，就看new的对象实体是否有可能在方法外被调用

栗子分析：

没有发生逃逸的对象，则可以分配到栈上：原因如下：

1.随着方法执行的结束，栈空间就被移除。

2.虚拟机栈空间是线程私有的，不会被共享。

参数设置

• 在JDK 6u23版本之后，HotSpot中默认就已经开启了逃逸分析
• 如果使用了较早的版本，开发人员可以通过
  • -XX:DoEscapeAnalysis显式开启逃逸分析
  • -XX:+PrintEscapeAnalysis查看逃逸分析的筛选结果

结论：开发中能使用局部变量的，就不要使用在方法外定义

代码优化理论

使用逃逸分析，编译器可以对代码做如下优化：

1. 栈上分配：将堆分配转化为栈分配。如果一个对象在子线程中被分配，要使指向该对象的指针永远不会逃逸，对象可能是栈分配的候选，而不是堆分配。
2. 同步省略：如果一个对象被发现只能从一个线程被访问到，那么对于这个对象的操作可以不考虑同步。
3. 分离对象或标量替换：有的对象可能不需要作为一个连续的内存结构存在也可以北方问道，那么对象的部分（或全部）可以不存储在堆内存，而是存储在CPU寄存器中。

栈上分配

• JIT编译器在编译期间根据逃逸分析的结果，发现如果一个对象并没有逃逸出方法的话，就可能被优化成栈上分配。分配完成之后，继续在调用栈内执行，最后线程结束，栈空间被回收，局部变量对象也被回收。这样就无须进行垃圾回收了。
• 常见的发生逃逸的场景：给成员变量赋值、方法返回值、实例引用传递

同步省略

• 线程同步的代价是相当高的，同步的后果是降低并发性和性能
• 在动态编译同步块的时候，JIT编译器可以借助逃逸分析来判断同步块所使用的锁对象是否只能够被一个线程访问而没有被发布到其他线程。如果没有，那么JIT编译器在编译这个同步块的时候就会取消对这部分代码的同步。这样就能大大提高并发性和性能。这个取消同步的过程就叫同步省略，也叫 锁消除。

同步代码需要加锁，为不同线程的同步共享。但是要求所加的锁是同一个锁才有意义，上述同步代码块每次的锁对象hollos都是新new出来的，这并不符合加锁的同步效果。可以说是一个错误的代码。但能说明问题！

分离对象或标量替换

• 标量Scalar：是指一个无法再分解成更小数据的数据。Java中的原始数据类型就是标量。
• 相对的，那些还可以分解的数据叫做 聚合量(Aggregate)，Java中对象就是聚合量，因为它可以分解成其他聚合量和标量。
• 在JIT阶段，如果经过逃逸分析，发现一个对象不会被外界访问的话，那么经过JIT优化，就会把这个对象拆解成若干个其中包含的若干个成员变量来替代。这个过程就是标量替换。

可以看到，Point这个聚合量经过逃逸分析后，发现他并没有逃逸，就被替换成两个标量了。那么标量替换有什么好处呢？就是可以大大减少堆内存的占用。因为一旦不需要创建对象了，那么就不再需要分配堆内存了。
标量替换为栈上分配提供了很好的基础。

配置参数：-XX:+EliminateAllocations，开启标量替换。

可以测试对比一下，如果开启标量替换的性能提升，还是很巨大的。

逃逸分析小结

• 关于逃逸分析的论文在1999年就已经发表了，但直到JDK1.6才有实现，而且这项技术到如今也并不是十分成熟的。
• 其根本原因就是无法保证逃逸分析的性能消耗一定能高于他的消耗。虽然经过逃逸分析可以做标量替换、栈上分配、和锁消除。但是逃逸分析自身也是需要进行一系列复杂的分析的，这其实也是一个相对耗时的过程。
• 一个极端的例子，就是经过逃逸分析之后，发现没有一个对象是不逃逸的。那这个逃逸分析的过程就白白浪费掉了。
• 虽然这项技术并不十分成熟，但是它也是即时编译器优化技术中一个十分重要的手段。
• 注意到有一些观点，认为通过逃逸分析，JVM会在栈上分配那些不会逃逸的对象，这在理论上是可行的，但是取决于JVM设计者的选择。据我所知，Oracle HotspotJVM中并未这么做，这一点在逃逸分析相关的文档里已经说明，所以可以明确所有的对象实例都是创建在堆上。回归本篇的提问：堆是分配对象的唯一选择么？一开始我们是否定的态度，现在我们又去肯定这一观点。这岂不是自相矛盾。。正所谓否定之否定的观点，通过这篇文章，我们还是有进步的，至少分离对象或标量替换这一点还是存在的，优化了代码运行的效率，减少了堆空间的占用，体现了栈上分配的思想。
• 目前很多书籍还是基于JDK7以前的版本，JDK已经发生了很大变化，intern字符串的缓存和静态变量曾经都被分配在永久代上，而永久代已经被元数据区取代。但是，intern字符串缓存和静态变量并不是被转移到元数据区，而是直接在堆上分配，所以这一点同样符合前面一点的结论：对象实例都是分配在堆上。

堆小结

• 年轻代是对象的诞生、生长、消亡的区域，一个对象在这里产生、应用、最后被垃圾回收器收集、结束生命
• 老年代防止长生命周期对象，通常都是从Survivor区域筛选拷贝过来的Java对象。当然，也有特殊情况，我们知道普通的对象会被分配在TLAB上，如果对象较大，JVM会试图直接分配在Eden其他位置上；如果对象太大，完全无法在新生代找到足够长的连续空闲空间，JVM就会直接分配到老年代
• 当GC只发生在年轻代中，回收年轻对象的行为被称为Minor GC。当GC发生在老年代时则被称为Major GC或者Full GC。一般的，Minor GC的发生频率要比MajorGC高很多，即老年代中垃圾回收发生的频率大大低于年轻代。

六、运行时数据区——方法区

堆、栈、方法区的交互关系

对方法区的理解

• 方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域。
• 方法区在JVM启动时就会被创建，并且它的实际的物理内存空间中和Java堆区一样都可以是不连续的。
• 方法区的大小，跟堆空间一样，可以选择固定大小或者可拓展。
• 方法区的大小决定了系统可以保存多少个类，如果系统定义了太多的类，导致方法区溢出，虚拟机同样会抛出内存溢出错误：java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space 或者 java.lang,OutOfMemoryError:Metaspace，比如：
  • 加载大量的第三方jar包；
  • Tomcat部署的工程过多；
  • 大量动态生成反射类；
• 关闭JVM方法区内存就会被释放。

HotSpot虚拟机中方法区的演进

• 在jdk7及以前，习惯上把方法区称为永久代。jdk8开始，使用元空间取代了永久代。
• 本质上，方法区和永久代并不等价。仅是对hotSpot而言的。《java虚拟机规范》对如何实现方法区，不做统一要求。例如：BEA JRockit/IBM J9中不存在永久代的概念。
• 现在看来，当年使用永久代，不是好的idea。导致Java程序更容易OOM(超过-XX:MaxPermSize上限)。

• 元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代最大的区别在于：元空间不再虚拟机设置的内存中，而是使用本地内存（PC内存）。
• 永久代、元空间并不只是名字变了。内部结构也调整了。
• 根据《Java虚拟机规范》的规定，如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OOM异常.。

设置方法区大小的参数

方法区的大小不必是固定的，jvm可以根据应用的需要动态调整。

jdk7及以前（永久代）：

• -XX：PermSize来设置永久代初始分配空间。默认值是20.75M
• -XX ： MaxPermSize来设定永久代最大可分配空间。32位机器默认是64M，64位机器模式是82M
• 当JVM加载的类信息容量超过了这个值，会报异常OutOfMemoryError ： PermGen space

jdk8及以后（元空间）：

• 元数据区大小可以使用参数-XX：MetaspaceSize和-XX ：MaxMetaspaceSize指定，替代上述原有的两个参数。

• 默认值依赖于平台。windows下，-XX：MetaspaceSize是21M，-XX：MaxMetaspaceSize的值是-1， 即没有限制。

• 与永久代不同，如果不指定大小，默认情况下，虚拟机会耗尽所有的可用系统内存。 如果元数据区发生溢出，虚拟机一样会拋出异常OutOfMemoryError： Metaspace。

• -XX：MetaspaceSize： 设置初始的元空间大小。对于一个64位的服务器端JVM来说， 其默认的-XX ：MetaspaceSize值为21MB.这就是初始的高水位线，一旦触及这个水位线，Full GC将会被触发并卸载没用的类（即这些类对应的类加载器不再存活），然后这个高水位线将会重置。新的高水位线的值取决于GC后释放了多少元空间。如果释放的空间不足，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提高该值。如果释放空间过多，则适当降低该值。

• 如果初始化的高水位线设置过低，.上 述高水位线调整情况会发生很多次。通过垃圾回收器的日志可以观察到Full GC多次调用。为了避免频繁地GC，建议将- XX ：MetaspaceSize设置为一个相对较高的值。

解决报错OOM：（内存泄露、内存溢出）

• 1、要解决OOM异常或heap space的异常，一般的手段是首先通过内存映像分析工具（如Eclipse Memory Analyzer） 对dump出来的堆转储快照进行分析，重点是确认内存中的对象是否是必要的，也就是要先分清楚到底是出现了内存泄漏（Memory Leak）还是内存溢出（Memory 0verflow） 。
• 2、如果是内存泄漏，可进一步通过工具查看泄漏对象到GC Roots 的引用链（堆当中的闲置对象由于引用链的引用关系无法被回收，虽然它已经属于闲置的资源）。于是就能找到泄漏对象是通过怎样的路径与GCRoots相关联并导致垃圾收集器无法自动回收它们的。掌握了泄漏对象的类型信息，以及GC Roots引用链的信息，就可以比较准确地定位出泄漏代码的位置。
• 3、如果不存在内存泄漏，换句话说就是内存中的对象确实都还必须存活着，那就应当检查虚拟机的堆参数（一Xmx与一Xms） ，与机器物理内存对比看是否还可以调大，从代码_上检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长的情况，尝试减少程序运行期的内存消耗。

以下代码在JDK8环境下会报 Exception in thread “main” java.lang.OutOfMemoryError: Compressed class space 错误:

方法区的内部结构（方法区都存什么?）

《深入理解Java虚拟机》书中对方法区存储内容描述如下：它用于存储已被虚拟机加载的 类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等。

类型信息

对每个加载的类型（ 类class、接口interface、枚举enum、注解annotation），JVM必 .须在方法区中存储以下类型信息：

• ①这个类型的完整有效名称（全名=包名.类名）
• ②这个类型直接父类的完整有效名（对于interface或是java. lang.Object，都没有父类）
• ③这个类型的修饰符（public， abstract， final的某个子集）
• ④这个类型直接接口的一个有序列表

域信息（成员变量）

• JVM必须在方法区中保存类型的所有域的相关信息以及域的声明顺序。
• 域的相关信息包括：域名称、 域类型、域修饰符（public， private， protected， static， final， volatile， transient的某个子集）

方法信息

JVM必须保存所有方法的以下信息，同域信息一样包括声明顺序：

• 方法名称。
• 方法的返回类型（或void）。
• 方法参数的数量和类型（按顺序）。
• 方法的修饰符（public， private， protected， static， final， synchronized， native ， abstract的一个子集）。
• 方法的字节码（bytecodes）、操作数栈、局部变量表及大小（ abstract和native 方法除外）。
• 异常表（ abstract和native方法除外），每个异常处理的开始位置、结束位置、代码处理在程序计数器中的偏移地址、被捕获的异常类的常量池索引。

non-final的类变量(非声明为final的static静态变量)

• 静态变量和类关联在一起，随着类的加载而加载，他们成为类数据在逻辑上的一部分
• 类变量被类的所有实例所共享，即使没有类实例你也可以访问它。

全局常量（static final）

被声明为final的类变量的处理方法则不同，每个全局常量在编译的时候就被分配了。

代码解析
Order.class字节码文件，右键Open in Teminal打开控制台，使用javap -v -p Order.class > tst.txt 将字节码文件反编译并输出为txt文件,可以看到被声明为static final的常量number在编译的时候就被赋值了，这不同于没有被final修饰的static变量count是在类加载的准备阶段才被赋值（还记得clinit吗）。

复习：

1.clinit()即“class or interface initialization method”，注意他并不是指构造器init()

2.此方法不需要定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。

3.如果没有静态变量，那么字节码文件就不会有clinit方法。

常量池

• 一个有效的字节码文件中除了包含类的版本信息、字段、方法以及接口等描述信息外，还包含一项信息那就是常量池表（Constant Poo1 Table），包括各种字面量和对类型域和方法的符号引用。

• 一个 java 源文件中的类、接口，编译后产生一个字节码文件。而 Java 中的字节码需要数据支持，通常这种数据会很大以至于不能直接存到字节码里，换另一种方式，可以存到常量池；而这个字节码包含了指向常量池的引用。在动态链接的时候会用到运行时常量池.

• 比如如下代码，虽然只有 194 字节，但是里面却使用了 string、System、Printstream 及 Object 等结构。这里代码量其实已经很小了。如果代码多，引用到的结构会更多！

小结：字节码当中的常量池结构（constant pool），可以看做是一张表，虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名，方法名，参数类型、字面量等信息

运行时常量池

• 运行时常量池（ Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。
• 常量池表（Constant Pool Table）是Class文件的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用，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。
• 运行时常量池，在加载类和接口到虚拟机后，就会创建对应的运行时常量池。
• JVM为每个已加载的类型（类或接口）都维护一个常量池。池中的数据项像数组项一样，是通过索引访问的。
• 运行时常量池中包含多种不同的常量，包括编译期就已经明确的数值字面量，也包括到运行期解析后才能够获得的方法或者字段引用。此时不再是常量池中的符号地址了，这里换为真实地址。
  • 运行时常量池，相对于Class文件常量池的另一重要特征是：具备动态性。
    • String.intern()
• 运行时常量池类似于传统编程语言中的符号表（symbol table） ，但是它所包含的数据却比符号表要更加丰富一些。
• 当创建类或接口的运行时常量池时，如果构造运行时常量池所需的内存空间超过了方法区所能提供的最大值，则JVM会抛OutOfMemoryError异常。

方法区的演变细节

首先明确：只有HotSpot才有永久代。 BEA JRockit、IBM J9等来说，是不存在永久代的概念的。原则上如何实现方法区属于虛拟机实现细节，不受《Java虚拟机规范》管束，并不要求统一。

Hotspot中 方法区的变化：

• jdk1.6及之前：有永久代（permanent generation） ，静态变量存放在 永久代上。
• jdk1.7：有永久代，但已经逐步“去永久代”，字符串常量池、静态变量移除，保存在堆中。注意：
• jdk1.8及之后： 无永久代，类型信息、域信息、方法信息、常量保存在本地内存的元空间，但字符串常量池、静态变量仍留在堆空间.

注意：

jdk1.8及之后： 无永久代，类型信息、字段、方法、常量保存在本地内存的元空间。

但字符串常量池、静态变量仍留在堆空间。

除此之外，元空间（或称方法区），不再使用虚拟机内存，而是使用本地内存。

永久代为什么要被替换成元空间

• 随着Java8的到来，HotSpot VM中再也见不到永久代了。但是这并不意味着类.的元数据信息也消失了。这些数据被移到了一个与堆不相连的本地内存区域，这个区域叫做元空间（ Metaspace ）。
• 由于类的元数据分配在本地内存中，元空间的最大可分配空间就是系统可用内存空间。
• 这项改动是很有必要的，原因有：
  • 1）为永久代设置空间大小是很难确定的。 在某些场景下，如果动态加载类过多，容易产生Perm区（永久代）的O0M。比如某个实际Web工程中，因为功能点比较多，在运行过程中，要不断动态加载很多类，经常出现致命错误。 "Exception in thread' dubbo client x.x connector’java.lang.OutOfMemoryError： PermGenspace" 而元空间和永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。
  • 2）对永久代进行调优是很困难的。

StringTable为什么要调整 ？

• jdk7中将StringTable放到了堆空间中，正确。
• 因为永久代的回收效率很低，在full gc的时候才会触发。而full GC 是老年代的空间不足、永久代不足时才会触发。这就导致了StringTable回收效率不高。而我们开发中会有大量的字符串被创建，回收效率低，导致永久代内存不足。放到堆里，能及时回收内存。

静态变量、成员变量、局部变量的存放位置

变量存放位置

静态变量随着Test的类型信息存放在方法区，但jdk7以后就挪到了堆中

成员变量随着Test的对象实例存放在Java堆中，因为实例变量（也就是成员变量）的生命周期是跟随对象的，属于对象的内容。而对象实例化之后，存放在堆中

局部变量则是存放在foo（）方法栈帧的局部变量表中。

误区：

只要是对象的引用都存在于栈中。

记着：

存在栈中的变量是方法中定义的局部变量。

对象中定义的实例变量存储在堆中。

实例本身存放的位置

只要是对象实例必然会在Java堆中分配。

接着，找到了一个引用该staticObj对象的地方，是在一个java.lang.Class的实例里，并且给出了这个实例的地址。

通过Inspector查看该对象实例，可以清楚看到这确实是一个 java.lang.Class类型的对象实例，里面有一个名为staticObj的实例字段：

• 从《Java 虛拟机规范》所定义的概念模型来看，所有 Class 相关的信息都应该存放在方法区之中，但方法区该如何实现，《Java 虚拟机规范》并未做出规定，这就成了一件允许不同虚拟机自己灵活把握的事情。
• JDK7 及其以后版本的 Hotspot 虚拟机选择把 静态变量与类型在 Java 语言一端的映射 Class 对象 存放在一起，存储于java 堆之中，从我们的实验中也明确验证了这一点.。

Class对象是存在堆里的，不是方法区，这一点很多人容易错

java.lang.Class对象，它们从来都是“普通”Java对象，跟其它Java对象一样存在普通的Java堆（GC堆的一部分）里。

类的元数据（元数据并不是类的Class对象！Class对象是加载的最终产品，类的方法代码，变量名，方法名，访问权限，返回值等等都是在方法区的）才是存在方法区的。

方法区的垃圾回收

有些人认为方法区（如Hotspot，虚拟机中的元空间或者永久代）是没有垃圾收集行为的，其实不然。《Java 虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的，提到过可以不要求虚拟机在方法区中实现垃圾收集。事实上也确实有未实现或未能完整实现方法区类型卸载的收集器存在（如 JDK11 时期的ZGC 收集器就不支持类卸载）。

​ 一般来说这个区域的回收效果比较难令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻。但是这部分区域的回收有时又确实是必要的。以前 Sun 公司的 Bug 列表中，曾出现过的若干个严重的 Bug 就是由于低版本的 Hotspot 虚拟机对此区域未完全回收而导致内存泄漏。
方法区的垃圾收集主要回收两部分内容：常量池中废奔的常量和不再使用的类型。

常量池中废弃的常量

• 先来说说方法区内常量池之中主要存放的两大类常量：字面量和符号引用。 字面量比较接近Java语言层次的常量概念，如文本字符串、被声明为final的常量值等。而符号引用则属于编译原理方面的概念。
• 常量池中包括下面三类常量：
  • 1、类和接口的全限定名
  • 2、字段的名称和描述符
  • 3、方法的名称和描述符
• HotSpot虚拟机对常量池的回收策略是很明确的，只要常量池中的常量没有被任何地方引用，就可以被回收。回收废弃常量与回收Java堆中的对象非常类似。

常量池中不再使用的类型

• 判定一个常量是否“废弃”还是相对简单，而要判定一个类型是否属于“不再被使用的类”的条件就比较苛刻了。需要同时满足下面三个条件：

  • 该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类及其任何派生子类的实例。
  • 加载该类的类加载器已经被回收，这个条件除非是经过精心设计的可替换类加载器的场景，如OSGi、JSP的重加载等，否则通常是很难达成的。
  • 该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

• Java虛拟机被允许对满足上述三个条件的无用类进行回收，这里说的仅仅是“被允许”，而并不是和对象一样，没有引用了就必然会回收。关于是否要对类型进行回收，HotSpot虚拟机提供了一Xnoclassgc 参数进行控制，还可以使用一verbose：class以及一XX： +TraceClass一Loading、一XX：+TraceClassUnLoading查 看类加载和卸载信息

• 在大量使用反射、动态代理、CGLib等字节码框架，动态生成JSP以及oSGi这类频繁自定义类加载器的场景中，通常都需要Java虚拟机具备类型卸载的能力，以保证不会对方法区造成过大的内存压力。

运行时数据区总结

面试题补充

百度

三面：说一下JVM内存模型吧，有哪些区？分别干什么的？

蚂蚁金服：

Java8的内存分代改进
JVM内存分哪几个区，每个区的作用是什么？
一面： JVM内存分布/内存结构？栈和堆的区别？堆的结构？为什么两个survivor区？
二面： Eden和Survior的比例分配

小米：

jvm内存分区，为什么要有新生代和老年代

字节跳动：

二面： Java的内存分区
二面：讲讲jvm运行时数据区
什么时候对象会进入老年代？

京东：

JVM的内存结构，Eden和Survivor比例 。
JVM内存为什么要分成新生代，老年代，持久代。新生代中为什么要分为Eden和Survivor。

天猫：

一面： Jvm内存模型以及分区，需要详细到每个区放什么。
一面： JVM的内存模型，Java8做了什么修改

拼多多：

JVM内存分哪几个区，每个区的作用是什么？

美团：

java内存分配
jvm的永久代中会发生垃圾回收吗？
一面： jvm内存分区，为什么要有新生代和老年代？

七、对象实例化内存布局与方法定位（运行时数据区纵向补充）

对象实例化

创建对象的方式

1.new：最常见的方式（本质是构造器）

变形1 ： Xxx的静态方法

变形2 ： XxBuilder/XxoxFactory的静态方法

2.Class的newInstance（）：反射的方式，只能调用空参的构造器，权限必须是public

3.Constructor的newInstance（Xxx）：反射的方式，位于java.lang.reflect.Constructor 可以调用空参、带参的构造器，权限没有要求

4.使用clone（） ：不调用任何构造器，当前类需要实现Cloneable接口，实现clone（）

5.使用反序列化：从文件中、从网络中获取一个对象的二进制流

6.第三方库Objenesis

创建对象的步骤

1. 判断对象对应的类是否加载、链接、初始化

   虚拟机遇到一条new指令，首先去检查这个指令的参数能否在Metaspace的常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析和初始化。（ 即判断类元信息是否存在）。

   如果没有，那么在双亲委派模式下，使用当前类加载器以ClassLoader+包名+类名为Key进行查找对应的.class文件。如果没有找到文件，则抛出ClassNotFoundException异常，如果找到，则进行类加载，并生成对应的java.lang.Class类对象

2. 为对象分配内存

   首先计算对象占用空间大小，接着在堆中划分一块内存给新对象。 如果实例成员变量是引用变量，仅分配引用变量空间即可，即4个字节大小。

   • 如果内存规整，使用指针碰撞
     如果内存是规整的，那么虚拟机将采用的是指针碰撞法（BumpThePointer）来为对象分配内存。意思是所有用过的内存在一边，空闲的内存在另外一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，分配内存就仅仅是把指针向空闲那边挪动一段与对象大小相等的距离罢了。如果垃圾收集器选择的是Serial、ParNew这种基于压缩算法的，虚拟机采用这种分配方式。所以一般使用带有compact （整理）过程的收集器时，使用指针碰撞。
   • 如果内存不规整，虚拟机需要维护一个列表，使用空闲列表分配
     如果内存不是规整的，已使用的内存和未使用的内存相互交错，那么虛拟机将采用的是空闲列表法来为对象分配内存。意思是虚拟机维护了一个列表，记录上哪些内存块是可用的，再分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的内容。这种分配方式成为“空闲列表（Free List） ”。

   **说明：**选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定，而Java堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。

3. 处理并发安全问题

   在分配内存空间时，另外一个问题是及时保证new对象时候的线程安全性：创建对象是非常频繁的操作，虚拟机需要解决并发问题。虚拟机采用 了两种方式解决并发问题：

   • CAS （ Compare And Swap ）失败重试、区域加锁：保证指针更新操作的原子性；
   • TLAB把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲区，（TLAB ，Thread Local Allocation Buffer） 虚拟机是否使用TLAB，可以通过 -XX：+/-UseTLAB参数来 设定。

4. 初始化分配到的空间

   Java给对象的属性赋值的操作有如下四种：
   ① 属性的默认初始化
   ② 显式初始化
   ③ 代码块中初始化
   ④ 构造器中初始化

   **这里提到的是第①种：初始化分配到的空间指的是①：**所有属性设置默认值，保证对象实例字段在不赋值时可以直接使用。

   内存分配结束，虚拟机将分配到的内存空间都初始化为零值（不包括对象头）。这一步保证了对象的实例字段在Java代码中可以不用赋初始值就可以直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

5. 设置对象的对象头

   将对象的所属类（即类的元数据信息）、对象的HashCode和对象的GC信息、锁信息等数据存储在对象的对象头中。这个过程的具体设置方式取决于JVM实现。

6. 执行init方法进行初始化

   在Java程序的视角看来，初始化才正式开始。初始化成员变量，执行实例化代码块，调用类的构造方法，并把堆内对象的首地址赋值给引用变量。 因此一般来说（由字节码中是否跟随有invokespecial指令所决定），new指令之 后会接着就是执行方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完全创建出来。

对象的内存布局

对象头：

包含两部分

• 运行时元数据
  • 哈希值（ HashCode ）
  • GC分代年龄
  • 锁状态标志
  • 线程持有的锁
  • 偏向线程ID
  • 偏向时间戳
• 类型指针：指向类元数据的InstanceKlass，确定该对象所属的类型

说明：如果是数组，还需记录数组的长度

实例数据：

说明：它是对象真正存储的有效信息，包括程序代码中定义的各种类型的字段（包括从父类继承下来的和本身拥有的字段）

规则：

• 相同宽度的字段总被分配在一起
• 父类中定义的变量会出现在子类之前
• 如果CompactFields参数为true（默认为true），子类的窄变量可能插入到父类变量的空隙

对齐填充

不是必须的，也没特别含义，仅仅起到占位符作用。

八、直接内存

1.直接内存不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是《Java虚拟机规范》中定义的内存区域。

2.直接内存是Java堆外的、直接向系统申请的内存区间。

3.简单理解： java process memory = java heap + native memory

/**
 *  IO                  NIO (New IO / Non-Blocking IO)
 *  byte[] / char[]     Buffer
 *  Stream              Channel
 *
 * 查看直接内存的占用与释放
 */
public class BufferTest {
    private static final int BUFFER = 1024 * 1024 * 1024;//1GB

    public static void main(String[] args){
        //直接分配本地内存空间
        ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(BUFFER);
        System.out.println("直接内存分配完毕，请求指示！");

        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        scanner.next();

        System.out.println("直接内存开始释放！");
        byteBuffer = null;
        System.gc();
        scanner.next();
    }
}

直接内存来源于NIO

通过存在堆中的DirectByteBuffer操作Native内存。访问直接内存的速度会优于Java堆。即读写性能高。

• 因此出于性能考虑，读写频繁的场合可能会考虑使用直接内存
• Java的NIO库允许Java程序使用直接内存，用于数据缓冲区

直接内存异常OOM

同样，也可能导致OutOfMemoryError异常:OutOfMemoryError: Direct buffer memory

由于直接内存在Java堆外，因此它的大小不会直接受限于一Xmx指定的最大 堆大小，但是系统内存是有限的，Java堆和直接内存的总和依然受限于操作系统能给出的最大内存。

直接内存参数设置

• 使用直接内存的缺点
  • 分配回收成本较高
  • 不受JVM内存回收管理
• 直接内存大小可以通过MaxDirectMemorySize设置
• 如果不指定，默认与堆的最大值一Xmx参数值一致

九、执行引擎

1.执行引擎是Java虚拟机的核心组成部分之一

2.虚拟机是一个相对于“物理机”的概念，这两种机器都有代码执行能力，其区别是物理机的执行引擎是直接建立在处理器、缓存、指令集和操作系统层面上的。

而虚拟机的执行引擎则是由软件自行实现的，因此可以不受物理条件制约地定制指令集与执行引擎的结构体系，能够执行那些不被硬件直接支持的指令集格式。

3.JVM的主要任务是负责装载字节码到其内部，但字节码并不能够直接运行在操作系统之上，因为字节码指令并非等价于本地机器指令，它内部包含的仅仅只是一些能够被JVM锁识别的字节码指令、符号表和其他辅助信息

4.那么，如果想让一个Java程序运行起来、==执行引擎的任务就是将字节码指令解释/编译为对应平台上的本地机器指令==才可以。简单来说，JVM中的执行引擎充当了将高级语言翻译为机器语言的译者.

执行引擎的工作过程

• 从外观上来看，所有的Java虚拟机的执行引擎输入、输出都是一致的：输入的是字节码二进制流，处理过程是字节码解析执行的等效过程，输出的是执行结果。
• **执行引擎在执行的过程中究竟需要执行什么样的字节码指令完全依赖于PC寄存器。**每当执行完一项指令操作后，PC寄存器就会更新下一条需要被执行的指令地址。
• 当然方法在执行的过程中，执行引擎有可能会通过存储在局部变量表（栈）中的对象引用准确定位到存储在Java堆区中的对象实例信息。
• 以及通过对象头（堆）中的元数据指针，定位到目标对象的类型信息（方法区）。（下图堆区与方法区之间，其实还存在类型指针：从堆区对象实例指向方法区的类元数据InstanceKlass）

上图：

java代码编译和执行过程

为什么说Java是半解释半编译型语言？

JDK1.0时代，将Java语言定位为“解释执行”还是比较准确的（先编译成字节码，再对字节码逐行解释执行interpreter）。

再后来，Java也发展出可以直接生成本地代码的编译器（这里指的是后端编译器JIT，将源代码直接编译成和本地机器平台相关的机器语言）。

基于目前JVM执行引擎当中解释器和编译器共存

现在JVM在执行Java代码的时候，会将解释执行与编译执行二者结合起来进行。如今Java采用的是解释和编译混合的模式：

执行引擎获取到，由javac将源码编译成字节码文件.class之后，

然后在运行的时候通过解释器interpreter转换成最终的机器码。（解释型）

另外JVM平台支持一种叫作即时编译的技术。即时编译的目的是避免函数被解释执行，而是将整个函数体编译成为机器码，这种方式可以使执行效率大幅度提升（直接编译型）

解释器（interpreter）

当Java虚拟机启动时会根据预定义的规范对字节码采用逐行解释的方式执行，将每条字节码文件中的内容“翻译”为对应平台的本地机器指令执行。

• 解释器真正意义上所承担的角色就是一个运行时“翻译者”，将字节码文件中的内容“翻译”为对应平台的本地机器指令执行。
• 当一条字节码指令被解释执行完成后，接着再根据PC寄存器中记录的下一条需要被执行的字节码指令执行解释操作。

在HotSpot VM中，解释器主要由Interpreter模块和Code模块构成。

• Interpreter模块：实现了解释器的核心功能
• Code模块：用于管理HotSpot VM在运行时生成的本地机器指令

JIT ( Just In Time Compiler) : 即时编译器

• 由于解释器在设计和实现上非常简单，因此除了Java语言之外，还有许多高级语言同样也是基于解释器执行的，比如Python、 Perl、Ruby等。但是在今天，基于解释器执行已经沦落为低效的代名词，并且时常被一些C/C+ +程序员所调侃。
• 为了解决这个问题，JVM平台支持一种叫作即时编译的技术。即时编译的目的是避免函数被解释执行，而是将整个函数体编译成为机器码，每次函数执行时，只执行编译后的机器码即可，这种方式可以使执行效率大幅度提升。
• 不过无论如何，基于解释器的执行模式仍然为中间语言的发展做出了不可磨灭的贡献。

热点代码及探测方式

当然是否需要启动 JIT 编译器将字节码直接编译为对应平台的本地机器指令，则需要根据代码被调用执行的频率而定。关于那些需要被编译为本地代码的字节码，也被称之为**“热点代码”**。JIT编译器在运行时会针对那些频繁被调用的“热点代码”做出深度优化，将其直接编译为对应平台的本地机器指令，以此提升Java程序的执行性能。

• 一个被多次调用的方法，或者是一个方法体内部循环次数较多的循环体都可以被称之为“热点代码”，因此都可以通过JIT编译器编译为本地机器指令。由于这种编译方式发生在方法的执行过程中，因此也被称之为栈上替换，或简称为OSR （On StackReplacement）编译。
• 一个方法究竟要被调用多少次，或者一个循环体究竟需要执行多少次循环才可以达到这个标准？必然需要一个明确的阈值，JIT编译器才会将这些“热点代码”编译为本地机器指令执行。这里主要依靠 热点探测功能。
• 目前HotSpot VM所采用的热点探测方式是基于计数器的热点探测。
• 采用基于计数器的热点探测，HotSpot VM将会为每一个 方法都建立2个不同类型的计数器，分别为方法调用计数器（Invocation Counter） 和回边计数器（BackEdge Counter） 。
  • 方法调用计数器用于统计方法的调用次数。
  • 回边计数器则用于统计循环体执行的循环次数。

方法调用计数器

• 这个计数器就用于统计方法被调用的次数，它的默认阈值在Client 模式 下是1500 次，在Server 模式下是10000 次。超过这个阈值，就会触发JIT编译。
• 这个阈值可以通过虚拟机参数-XX ：CompileThreshold来人为设定。
• 当一个方法被调用时， 会先检查该方法是否存在被JIT编译过的版本，如 果存在，则优先使用编译后的本地代码来执行。如果不存在已被编译过的版本，则将此方法的调用计数器值加1，然后判断方法调用计数器与回边计数器值之和是否超过方法调用计数器的阈值。如果已超过阈值，那么将会向即时编译器提交一个该方法的代码编译请求。

注意：热频代码片段经过即时编译后的产物–机器指令，需要缓存起来Code Cache，存放在方法区（元空间/本地内存）

热度衰减

• 如果不做任何设置，方法调用计数器统计的并不是方法被调用的绝对次数，而是一个相对的执行频率，即一段时间之内方法被调用的次数。
• 当超过一定的时间限度， 如果方法的调用次数仍然不足以让它提交给即时编译器编译，那这个方法的调用计数器就会被减少一半，这个过程称为方法调用计数器热度的衰减（Counter Decay） ，而这段时间就称为此方法统计的半衰周期（Counter Half Life Time）。
• 进行热度衰减的动作是在虚拟机进行垃圾收集时顺便进行的，可以使用虚拟机参数 -XX：-UseCounterDecay来关闭热度衰减，让方法计数器统计方法调用的绝对次数，这样，只要系统运行时间足够长，绝大部分方法都会被编译成本地代码。
• 另外， 可以使用-XX：CounterHalfLifeTime参数设置半衰周期的时间，单位是秒。

回边计数器

它的作用是统计一个方法中循环体代码执行的次数，在字节码中遇到控制流向后跳转的指令称为“回边” （Back Edge）。显然，建立回边计数器统计的目的就是为了触发OSR编译。

解释器依然存在的必要性

有些开发人员会感觉到诧异，既然HotSpotVM中已经内置JIT编译器了，那么为什么还需要再使用解释器来“拖累”程序的执行性能呢？比如JRockit VM内部就不包含解释器，字节码全部都依靠即时编译器编译后执行。

首先明确：
当程序启动后，

• 解释器可以马上发挥作用，省去编译的时间，立即执行==（响应快）==。
• 编译器要想发挥作用，把代码编译成本地代码，需要一定的执行时间。但编译为本地代码后，执行效率高==（执行效率快）==。

所以：
尽管JRockitVM中程序的执行性能会非常高效，但程序在启动时必然需要花费更长的时间来进行编译。对于服务端应用来说，启动时间并非是关注重点，但对于那些看中启动时间的应用场景而言，或许就需要采用解释器与即时编译器并存的架构来换取一一个平衡点。在此模式下，当Java虚拟器启动时，解释器可以首先发挥作用，而不必等待即时编译器全部编译完成后再执行，这样可以省去许多不必要的编译时间。随着时间的推移，编译器发挥作用，把越来越多的代码编译成本地代码，获得更高的执行效率。

同时，解释执行在编译器进行激进优化不成立的时候，作为编译器的“逃生门”。

HotSpot VM执行方式

• 当虛拟机启动的时候，解释器可以首先发挥作用，而不必等待即时编译器全部编译完成再执行，这样可以省去许多不必要的编译时间。
• 并且随着程序运行时间的推移，即时编译器逐渐发挥作用，根据热点探测功能，将有价值的字节码编译为本地机器指令，以换取更高的程序执行效率。

HotSpot VM可以设置程序执行方式

缺省情况下HotSpot VM是采用解释器与即时编译器并存的架构，当然开发人员可以根据具体的应用场景，通过命令显式地为Java虚拟机指定在运行时到底是完全采用解释器执行，还是完全采用即时编译器执行。如下所示：

• -Xint： 完全采用解释器模式执行程序；
• -Xcomp： 完全采用即时编译器模式执行程序。如果即时编译出现问题，解释器会介入执行。
• -Xmixed：采用解释器+即时编译器的混合模式共同执行程序。

测试表明：

• 纯解释器模式速度最慢（JVM1.0版本用的就是纯解释器执行）
• 混合模式速度更快

补充几种编译器

• 前端编译器：把.java文件转变成.class文件。包括Sun的Javac、Eclipse JDT中的增量式编辑器（ECJ）
• 后端运行期即时编译器（JIT编译器，Just In Time Compiler）：把字节码转成机器码。包括HotSpot VM的C1、C2编译器
• 静态提前编译器（AOT编译器，Ahead Of Time Compiler）：把*.java编译成本地机器码。包括GNU Compiler for the Java（GCJ）、Excelsior JET

HotSpot VM 中的 JIT 分类

在HotSpot VM中内嵌有两个JIT编译器，分别为Client Compiler和Server Compiler，但大多数情况下我们简称为C1编译器和C2编译器。开发人员可以通过如下命.令显式指定Java虚拟机在运行时到底使用哪一种即时编译器，如下所示：

• -client： 指定Java虚拟机运行在Client模式下，并使用C1编译器；
  • C1编译器会对字节码进行简单和可靠的优化，耗时短。以达到更快的编译速度。
• -server： 指定Java虚拟机运行在Server模式下，并使用C2编译器。
  • C2进行耗时较长的优化，以及激进优化。但优化的代码执行效率更高。

注意：64位操作系统默认使用-server服务器模式，即C2编译器。

C1和C2编译器不同的优化策略

• 在不同的编译器上有不同的优化策略，C1编译器上主要有方法内联，去虚拟化、冗余消除。

  • 方法内联：将引用的函数代码编译到引用点处，这样可以减少栈帧的生成，减少参数传递以及跳转过程。
  • 去虚拟化：对唯一的实现类进行内联。
  • 冗余消除：在运行期间把一些不会执行的代码折叠掉。

• C2的优化主要是在全局层面，逃逸分析是优化的基础。基于逃逸分析在C2.上有如下几种优化：（server模式下才会有这些优化，64位系统默认就是server模式）

  • 标量替换：用标量值代替聚合对象的属性值。
  • 栈上分配：对于未逃逸的对象分配对象在栈而不是堆。
  • 同步消除：清除同步操作，通常指synchronized。

• C2编译器启动时长比C1编译器慢，系统稳定执行以后，C2编译器执行速度远远快于C1编译器。

• 程序解释执行（不开启性能监控）可以触发C1编译，将字节码编译成机器码，可以进行简单优化，也可以加上性能监控，C2编译会根据性能监控信息进行激进优化。

• 不过在Java7版本之后，一旦开发人员在程序中显式指定命令“-server"时，默认将会开启分层编译策略，由C1编译器和C2编译器相互协作共同来执行编译任务。

Graal编译器

• 自JDK10起，HotSpot又加入一个全新的即时编译器： Graal编译器
• 编译效果短短几年时间就追评了C2编译器。未来可期。
• 目前，带着“实验状态"标签，需要使用开关参数 -XX： +UnlockExperimentalVMOptions -XX： +UseJVMCICompiler去激活，才可以使用。

AOT编译器

• jdk9引入了AOT编译器（静态提前编译器，Ahead Of Time Compiler）
• Java 9引入了实验性AOT编译工具jaotc。它借助了Graal 编译器，将所输入的Java 类文件转换为机器码，并存放至生成的动态共享库之中。
• 所谓AOT编译，是与即时编译相对立的一个概念。我们知道，即时编译指的是在程序的运行过程中，将字节码转换为可在硬件上直接运行的机器码，并部署至托管环境中的过程。而AOT编译指的则是，在程序运行之前，便将字节码转换为机器码的过程。
• 最大好处： Java虚拟机加载已经预编译成二进制库，可以直接执行。不必等待即时编译器的预热，减少Java应用给人带来“第一次运行慢”的不良体验。
• 缺点：
  • 破坏了java"一次编译，到处运行”（提前干掉了能够跨平台的class文件），必须为每个不同硬件、oS编译对应的发行包。
  • 降低了Java链接过程的动态性，加载的代码在编译期就必须全部已知。
  • 还需要继续优化中，最初只支持Linux x64 java base

十、String Table（字符串常量池）

String的基本特性（不可变）

• String：字符串，使用一对 “” 引起来表示。
  • String sl = “hello”；//字面量的定义方式；
  • String s2 = new String（“hello”） ；
• String类底层是已经被声明为final的数组， 不可被继承。
• String实现了Serializable接口：表示字符串是支持序列化的。 实现了Comparable接口：表示String可以比较大小
• String在jdk8及以前内部定义为“private final char value[]”用于存储字符串数据。jdk9时改为byte[]。
• 自jdk9以来，String再也不用char[] 来存储了，改成了byte[] 加上字符编码集的标识，节约了一些空间。基于字符串的内容，决定用何种编码去存储。特定的编码集如ISO-8859–1/Latin-1:一个character字符采用一个字节存储。其他编码集如UTF-16:一个character字符采用2个字节存储。中文字符也是采用2个字节存储。
• StringBuffer和StringBuilder也做了一些修改。

String不可变的字符序列

简称：不可变性。

• 当对字符串重新赋值时，需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
• 当对现有的字符串进行连接操作时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
• 当调用String的replace（）方法修改指定字符或字符串时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
• 通过字面量的方式（不同于new）给一个字符串赋值，此时的字符串值声明在字符串常量池中。字符串常量池当中的字符串不允许重复存放。

String底层是不会扩容的HashTable

• String的 String Pool 是一个固定大小的Hashtable，默认值大小长度是1009。如果放进StringPool的String非常多， 就会造成Hash冲突严重，从而导致链表会很长，而链表长了后直接会造成的影响就是当调用String. intern时性能会大幅下降。
• 使用 -XX:StringTableSize可设置StringTable的长度
• 在jdk6中StringTable是固定的，就是1009的长度，所以如果常量池中的字符串过多就会导致效率下降很快。StringTableSize设 置没有要求
• 在jdk7中，StringTable的长度默认值是60013
• jdk8开始,1009是StringTable长度可设置的最小值

String的内存分配

• 在Java语言中有8种基本数据类型和一种比较特殊的类型String。这些 类型为了使它们在运行过程中速度更快、更节省内存，都提供了一种常量池的概念。
• 常量池就类似一个Java系统级别提供的缓存。8种基本数据类型的常量池都是系统协调的，String类型的常量池比较特殊。它的主要使用方法有两种。
  • 直接使用双引号声明出来的String对象会直接存储在常量池中。
    • 比如： String info = “abc” ；
  • 如果不是用双引号声明的String对象，可以使用String提供的 **intern（）**方法。这个后面重点谈
• Java 6及以前，字符串常量池存放在永久代。
• Java 7中Oracle的工程师对字符串池的逻辑做了很大的改变，即将字符串常量池的位置调整到Java堆内。
  • StringTable为什么要调整？①永久代permSize默认比较小;②永久代的垃圾回收频率低;
  • 所有的字符串都保存在堆（Heap）中，和其他普通对象一样，这样可以让你在进行调优应用时仅需要调整堆大小就可以了。
  • 字符串常量池概念原本使用得比较多，但是这个改动使得我们有足够的理由让我们重新考虑在Java 7中使用String. intern（）。

字符串拼接操作（*）

• 常量与常量的拼接结果在常量池，原理是编译期优化。（编译生成的字节码文件中，已经将类似于字面量的赋值操作s1=“a”+“b”+“c"替换为"abc”，如果先前常量池当中保存有s2=“abc”，则s1、s2指向同一个字符串常量池地址）
• 常量池中不会存在相同内容的常量。
• 如果拼接的结果调用intern（）方法，则主动将字符串常量池中还没有的字符串对象放入池中，并返回此对象地址。
• 只要其中有一个是变量（final修饰的常量除外），结果就在堆中（非字符串常量池）。变量拼接的原理是StringBuilder

常量拼接：编译器优化

@Test
    public void test1(){
        String s1 = "a" + "b" + "c";//编译期优化：等同于"abc"
        String s2 = "abc"; //"abc"一定是放在字符串常量池中，将此地址赋给s2
        /*
         * 最终.java编译成.class,再执行.class
         * String s1 = "abc";
         * String s2 = "abc"
         */
        System.out.println(s1 == s2); //true
        System.out.println(s1.equals(s2)); //true
    }

    @Test
    public void test2(){
        String s1 = "javaEE";
        String s2 = "hadoop";

        String s3 = "javaEEhadoop";
        String s4 = "javaEE" + "hadoop";//编译期优化
        //如果拼接符号的前后出现了变量，则相当于在堆空间中new String()，具体的内容为拼接的结果：javaEEhadoop
        String s5 = s1 + "hadoop";
        String s6 = "javaEE" + s2;
        String s7 = s1 + s2;

        System.out.println(s3 == s4);//true
        System.out.println(s3 == s5);//false
        System.out.println(s3 == s6);//false
        System.out.println(s3 == s7);//false
        System.out.println(s5 == s6);//false
        System.out.println(s5 == s7);//false
        System.out.println(s6 == s7);//false
        //intern():判断字符串常量池中是否存在javaEEhadoop值，如果存在，则返回常量池中javaEEhadoop的地址；
        //如果字符串常量池中不存在javaEEhadoop，则在常量池中加载一份javaEEhadoop，并返回次对象的地址。
        String s8 = s6.intern();
        System.out.println(s3 == s8);//true
    }

变量拼接：StringBuilder原理

@Test
    public void test3(){
        String s1 = "a";
        String s2 = "b";
        String s3 = "ab";
        /*
        如下的s1 + s2 的执行细节：(变量s是我临时定义的）
        ① StringBuilder s = new StringBuilder();
        ② s.append("a")
        ③ s.append("b")
        ④ s.toString()  --> 约等于 new String("ab"),并且“ab”不会在常量池中而是作为普通对象在堆中

        补充：在jdk5.0之后使用的是StringBuilder,效率高，但线程不安全
        在jdk5.0之前使用的是StringBuffer
         */
        String s4 = s1 + s2;//
        System.out.println(s3 == s4);//false
    }

final常量拼接

示例代码3：

如果拼接符号左右两边都是字符串常量或常量引用(final修饰的变量也称为–常量)，则仍然使用编译期优化，即非StringBuilder的方式。

/*
    1. 字符串拼接操作不一定使用的是StringBuilder!
    2.如果拼接符号左右两边都是字符串常量或常量引用，则仍然使用编译期优化，即非StringBuilder的方式。
    3. 针对于final修饰类、方法、基本数据类型、引用数据类型的量的结构时，能使用上final的时候建议使用上。
     */
    @Test
    public void test4(){
        final String s1 = "a";
        final String s2 = "b";
        String s3 = "ab";
        String s4 = s1 + s2;
        System.out.println(s3 == s4);//true
    }    
    //练习：
    @Test
    public void test5(){
        String s1 = "javaEEhadoop";
        String s2 = "javaEE";
        String s3 = s2 + "hadoop";
        System.out.println(s1 == s3);//false

        final String s4 = "javaEE";//s4:常量
        String s5 = s4 + "hadoop";
        System.out.println(s1 == s5);//true

    }

拼接操作与append()的效率对比

append效率要比字符串拼接高很多

@Test
    public void test6(){

        long start = System.currentTimeMillis();

//        method1(100000);//4014
        method2(100000);//7

        long end = System.currentTimeMillis();

        System.out.println("花费的时间为：" + (end - start));
    }
    public void method1(int highLevel){
        String src = "";
        for(int i = 0;i < highLevel;i++){
            src = src + "a";//每次循环都会创建一个StringBuilder、String
        }
//        System.out.println(src);
    }
    public void method2(int highLevel){
        //只需要创建一个StringBuilder
        StringBuilder src = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < highLevel; i++) {
            src.append("a");
        }
//        System.out.println(src);
    }

体会执行效率：通过StringBuilder的append()的方式添加字符串的效率要远高于使用String的字符串拼接方式！

详情：

① StringBuilder的append()的方式：自始至终中只创建过一个StringBuilder的对象。

② 使用String的字符串拼接方式：创建过多个StringBuilder和String的对象。，内存中由于创建了较多的StringBuilder和String的对象，内存占用更大；如果进行GC，需要花费额外的时间。

改进的空间：

在实际开发中，如果基本确定要前前后后添加的字符串长度不高于某个限定值highLevel的情况下,建议使用构造器实例化，手动指定StringBuilder容器上限大小。

防止超过默认容量大小16而扩容，扩容会将原有的字符串赋值到新的容器当中，原有的容器变成垃圾需要回收。

StringBuilder s = new StringBuilder(highLevel);//new char[highLevel]

看字节码，就知道是两个。

• 一个对象是：new关键字在堆空间创建的
• 另一个对象是：字符串常量池中的对象"ab"。 字节码指令：ldc
• 但注意：str此时指向的是堆空间当中的对象

new String(“a”) + new String(“b”)呢？

对象1：new StringBuilder()，变量拼接“+”操作肯定有StringBuilder

对象2： new String(“a”)

对象3： 常量池中的"a"

对象4： new String(“b”)

对象5： 常量池中的"b"

对象6 ：new String(“ab”)

深入剖析： StringBuilder的toString():

• 对象6 ：new String(“ab”)，但这里的new String并没有在字符串常量池当中生成ab。
• 强调一下，toString()的隐式调用（只是隐含在字节码中StringBuilder拼接new String(“a”) + new String(“b”)之后调用），表明其属于变量的拼接，结果ab存储在堆区
• 因为没有出现字节码指令lcd，所以在字符串常量池中并没有生成"ab"

Intern（）的使用

如果不是用双引号声明的String对象，可以使用String提供的intern()方法： intern方法会从字符串常量池中查询当前字符串是否存在，若不存在就会将当前字符串放入常量池中。

比如： String myInfo = new String(“I love u”).intern()；
也就是说，如果在任意字符串上调用String. intern方法，那么其返回结果所指向的那个类实例，必定和直接以常量形式出现的字符串实例完全相同（字符串常量池当中的对象）。因此，下列表达式的值必定是true： （“a” + “b” + “c”）.intern（）== “abc”;
通俗点讲，Interned String就是确保字符串在内存里只有一份拷贝，这样可以节约内存空间，加快字符串操作任务的执行速度。注意，这个值会被存放在字符串内部池（String Intern Pool）。

关于String.intern()的面试题

/**
 * 如何保证变量s指向的是字符串常量池中的数据呢？
 * 有两种方式：
 * 方式一： String s = "shkstart";//字面量定义的方式
 * 方式二： 调用intern()
 *         String s = new String("shkstart").intern();
 *         String s = new StringBuilder("shkstart").toString().intern();
 *
 */
public class StringIntern {
    public static void main(String[] args) {
        String s = new String("1");
        s.intern();//调用此方法之前，字符串常量池中已经存在了"1".即此方法可理解为无效
        String s2 = "1";
        //s  指向堆空间"1"的内存地址//s2 指向字符串常量池已存在的"1"的内存地址
        System.out.println(s == s2);//jdk6：false   jdk7/8：false


        String s3 = new String("1") + new String("1");//s3变量记录的地址为堆中"11"，此时字符串常量池当中并不存在11
        //在字符串常量池中生成"11"。如何理解：jdk6:创建了一个新的对象"11",也就有新的地址。
        //                               jdk7:此时常量中并没有创建"11",因为底层是StringBuilder 进行两次append("1")之后调用了toString(),我们知道toString()相当于new String(),所以是创建一个指向堆空间中new String("11")的地址
        s3.intern();
        String s4 = "11";//s4变量记录的地址，使用的是上一行代码执行后在常量池生成的，指向11的地址
        System.out.println(s3 == s4);//jdk6：false  jdk7/8：true
        							//jdk6:当常量池没有这个字符串时，调用intern()是直接在常量池创建一个新对象
        						//jdk7/8:如果常量池没有，调用intern()常量池存的是该字符串对象的引用即在堆中的地址。
    }

}

面试题拓展：

将String s4 = “11”;提到s3.intern();之前。

public class StringIntern1 {
    public static void main(String[] args) {
        //StringIntern.java中练习的拓展：
        String s3 = new String("1") + new String("1");//new String("11")
        //执行完上一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！
        String s4 = "11";//在字符串常量池中直接生成对象"11"
        String s5 = s3.intern();//此时s3.intern全程OB视角，没作为。判断字符串常量池存在11，将s5指向字符串常量池
        System.out.println(s3 == s4);//false
        System.out.println(s5 == s4);//true
    }
}

总结String的intern（）的使用 (*)

• jdk1.6中，将这个字符串对象尝试放入串池。
  • ➢如果字符串常量池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址
  • ➢如果没有，会把此对象复制一份，放入串池，并返回串池中的对象地址
• Jdk1.7起，将这个字符串对象尝试放入串池。
  • ➢如果字符串常量池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址
  • ➢如果没有，则会把对象的引用地址复制一份，放入串池，并返回串池中的引用地址

intern练习题1：

判断s==“ab”,因为是字面量的写法，所以判断的是变量s与字符串常量池当中的"ab"

public class StringExer1 {
    public static void main(String[] args) {
        //String x = "ab";
        String s = new String("a") + new String("b");//new String("ab")
        //在上一行代码执行完以后，字符串常量池中并没有"ab"

        String s2 = s.intern();//jdk6中：在串池中创建一个字符串"ab"
                           //jdk8中：串池中没有创建字符串"ab",而是创建一个引用，指向new String("ab")，将此引用返回
        System.out.println(s2 == "ab");//jdk6:true  jdk8:true
        System.out.println(s == "ab");//jdk6:false  jdk8:true
    }
}

intern练习题2：

intern练习题3：

public class StringExer2 {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = new String("ab");//执行完以后，会在字符串常量池中会生成"ab"。但是指向堆aa
//      String s1 = new String("a") + new String("b");执行完以后，不会在字符串常量池中会生成"ab"
        s1.intern();//检查字符串常量池当中有ab,有了就全程OB视角，不作为
        String s2 = "ab";//指向字符串常量池已经存在的ab
        System.out.println(s1 == s2); //false
    }
}

intern()效率测试

大的网站平台，需要内存中存储大量的字符串。比如社交网站，很多人都存储：北京市、海淀区等信息。这时候如果字符串都调用 intern（）方法，就会明显降低内存的大小。

示例代码：

/**
 * 使用intern()测试执行效率：空间使用上
 *
 * 结论：对于程序中大量存在存在的字符串，尤其其中存在很多重复字符串时，使用intern()可以节省内存空间。
 *
 */
public class StringIntern2 {
    static final int MAX_COUNT = 1000 * 10000;
    static final String[] arr = new String[MAX_COUNT];

    public static void main(String[] args) {
        Integer[] data = new Integer[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};

        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < MAX_COUNT; i++) {
//            arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length]));
            arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length])).intern();

        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("花费的时间为：" + (end - start));

        try {
            Thread.sleep(1000000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.gc();
    }
}

StringTable的垃圾回收

示例代码：

-XX:+PrintStringTableStatistics展示字符串常量池信息

/**
 * String的垃圾回收:
 * -Xms15m -Xmx15m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails
 *
 */
public class StringGCTest {
    public static void main(String[] args) {
//        for (int j = 0; j < 100; j++) {
//            String.valueOf(j).intern();
//        }
        //发生垃圾回收行为
        for (int j = 0; j < 100000; j++) {
            String.valueOf(j).intern();
        }
    }
}

G1中的String去重操作

• 声明：去重自然是对堆上数据的去重。而字符串常量池中的数据本身就不允许重复。
• 背景：对许多Java应用（有大的也有小的）做的测试得出以下结果：
  • ➢堆存活数据集合里面String对象占了25%
  • ➢堆存活数据集合里面重复的String对象有13.5%
  • ➢String对象的平均长度是45
• 许多大规模的Java应用的瓶颈在于内存，测试表明，在这些类型的应用 里面，Java堆中存活的数据集合差不多258是String对象。更进一一步，这里面差不多一半String对象是重复的，重复的意思是说： string1. equals （string2）=true。堆上存在重复的string对象必然是一种内存的浪费。这个项目将在G1垃圾收集器中实现自动持续对重复的String对象进行去重，这样就能避免浪费内存。

去重实现步骤

• ➢当垃圾收集器工作的时候，会访问堆上存活的对象。对每一个访问的对象都会检查是否是候选的要去重的String对象。
• ➢如果是，把这个对象的一个引用插入到队列中等待后续的处理。一个去重的线程在后台运行，处理这个队列。处理队列的一个元素意味着从队列删除这个元素，然后尝试去重它引用的String对象。
• ➢使用一个hashtable来记录所有的被String对象使用的不重复的char数组。 当去重的时候，会查这个hashtable，来看堆上是否已经存在一个一模一样的char数组。
• ➢如果存在，String对象会被调整引用此共享数组，释放对原来的数组的引用，最终会被垃圾收集器回收掉。
• ➢如果查找失败，char数组会被插入到hashtable，这样以后的时候就可以共享这个数组了。

命令行选项

• ➢UseStringDeduplication （bool） ：开启String去重，默认是不开启的，需要手动开启。
• ➢PrintStringDedupl icationStatistics （bool） ：打印详细的去重统计信息，
• ➢StringDedupl icationAgeThreshold （uintx） ：达到这个年龄的string对象被认.为是去重的候选对象

十一、JVM垃圾回收概述

什么是垃圾？

什么是垃圾（ Garbage） 呢？
 ➢垃圾是指在运行程序中没有任何指针指向的对象，这个对象就是需要被回收的垃圾。
 ➢外文： An object is considered garbage when it can no longer be reached from any pointer in the runningprogram.
如果不及时对内存中的垃圾进行清理，那么，这些垃圾对象所占的内存空间会一直保留到应用程序结束，被保留的空间无法被其他对象使用。甚至可能导致内存溢出。

垃圾收集，不是Java语言的伴生产物。早在1960年，第一门开始使用内存动态分配和垃圾收集技术的Lisp语言诞生。

垃圾收集机制是Java的招牌能力，极大地提高了开发效率。如今，垃圾收集几乎成为现代语言的标配，即使经过如此长时间的发展，Java的垃圾收集机制仍然在不断的演进中，不同大小的设备、不同特征的应用场景，对垃圾收集提出了新的挑战，这当然也是面试的热点。

为什么需要GC

• 对于高级语言来说，一个基本认知是如果不进行垃圾回收，内存迟早都会被消耗完，因为不断地分配内存空间而不进行回收，就好像不停地生产生活垃圾而从来不打扫一样。
• 除了释放没用的对象，垃圾回收也可以清除内存里的记录碎片。碎片整理将所占用的堆内存移到堆的一端，以便JVM 将整理出的内存分配给新的对象。
• 随着应用程序所应付的业务越来越庞大、复杂，用户越来越多，没有GC就不能保证应用程序的正常进行。而经常造成STW（Stop-The-World）的GC又跟不上实际的需求，所以才会不断地尝试对GC进行优化。

早期垃圾回收

• 在早期的C/C++时代，垃圾回收基本.上是手工进行的。开发人员可以使用 new关键字进行内存申请，并使用delete关键字进行内存释放。比如以下代码

MibBridge *pBridge = new cmBaseGroupBridge （） ；
//如果注册失败，使用Delete释放该对象所占内存区域
if （pBridge->Register（kDestroy）！= NO_ERROR）
delete pBridge；

• 这种方式可以灵活控制内存释放的时间，但是会给开发人员带来频繁申请和释放内存的管理负担。倘若有一处内存区间由于程序员编码的问题忘记被回收，那么就会产生内存泄漏（是指程序中己动态分配的堆内存由于某种原因，程序未释放或无法释放造成系统内存的浪费），垃圾对象永远无法被清除，随着系统运行时间的不断增长，垃圾对象所耗内存可能持续上升，直到出现内存溢出并造成应用程序崩溃。
• 在有了垃圾回收机制后，上述代码块极有可能变成这样：

MibBridge *pBridge = new cmBaseGroupBridge()；
pBridge 一> Register（kDestroy）；

什么是内存泄漏？

• 解释一下这张图，每个Android（或Java）应用程序都有一个起点（GC Roots），从这个点中实例化对象、调用方法。一些对象直接引用GC Root，这些对象有引用了另一些对象。因此，形成了引用链，就像上图一样。因此垃圾收集器从GC Root开始并遍历直接或间接链接到GC Root的对象。在此过程结束时，脱离GC Root的对象/对象链将被回收。

• 有了上图，理解内存泄漏的概念就很简单，说白了就是：长生命周期对象A持有了短生命周期的对象B，那么只要A不脱离GC Root的链，那么B对象永远没有可能被回收，因此B就泄漏了。

• 现在，除了Java以外，C#、Python、 Ruby等语言都使用了自动垃圾回收的思想，也是未来发展趋势。可以说，这种自动化的内存分配和垃圾回收的方式己经成为现代开发语言必备的标准。

Java的垃圾回收机制

• 自动内存管理，无需开发人员手动参与内存的分配与回收，这样降低内存泄漏和内存溢出的风险
  • 没有垃圾回收器，java也会和cpp一样，各种悬垂指针，野指针，泄露问题让你头疼不已。
• 自动内存管理机制，将程序员从繁重的内存管理中释放出来，可以更专心地专注于业务开发
• oracle官 网关于垃圾回收的介绍
  • https：//docs.oracle.com/javase/8/docs/ technotes/guides/vm/gctuning/toc.html
• 对于Java开发人员而言，自动内存管理就像是一个黑匣子，如果过度依赖于 “自动”，那么这将会是一场灾难，最严重的就会弱化Java开发人员在程序出现内存溢出时定位问题和解决问题的能力。
• 此时，了解JVM的自动内存分配和内存回收原理就显得非常重要，只有在真 正了解JVM是如何管理内存后，我们才能够在遇见OutOfMemoryError时， 快速地根据错误异常日志定位问题和解决问题。
• 当需要排查各种内存溢出、内存泄漏问题时，当垃圾收集成为系统达到更高并发量的瓶颈时，我们就必须对这些“自动化”的技术实施必要的监控和调节。
• 垃圾回收器可以对年轻代回收，也可以对老年代回收，甚至是全堆和方法区的回收。
  • 其中，Java堆是垃圾收集器的工作重点。
• 从次数上讲：
  • 频繁收集Young区
  • 较少收集old区
  • 基本不动Perm区(方法区/元空间)

大厂面试题

蚂蚁金服：

• 你知道哪几种垃圾回收器，各自的优缺点，重点讲一下 cms和g1
  • 一面： JVM GC算法有哪些，目前的JDK版本采用什么回收算法
  • 一面： （ G1回收器讲下回收过程
• GC是什么？为什么要有GC？
  • 一面： GC的两种判定方法？ CMS收集器与G1收集器的特点。

百度：

• 说一下GC算法，分代回收说下
• 垃圾收集策略和算法

天猫：

• 一面： jvm GC原理，JVM怎么回收内存
• 一面： CMS特点，垃圾回收算法有哪些？各自的优缺点，他们共同的缺点是什么？

滴滴：

• 一面： java的垃圾回收器都有哪些，说下g1的应用场景，平时你是如何搭配使用垃圾回收器的

京东：

• 你知道哪几种垃圾收集器，各自的优缺点，重点讲下cms和G1，包括原理，流程，优缺点。垃圾回收算法的实现原理。

阿里：

• 讲一讲垃圾回收算法。
• 什么情况下触发垃圾回收？
• 如何选择合适的垃圾收集算法？
• JVM有哪三种垃圾回收器？

字节跳动：

• 常见的垃圾回收器算法有哪些，各有什么优劣？
• system.gc （）和runtime.gc（）会做什么事情？
• 一面： Java GC机制？ GC Roots有哪些？
• 二面： Java对象的回收方式，回收算法。
• CMS和G1了解么，CMS解决什么问题，说一下回收的过程。
• CMS回收停顿了几次，为什么要停顿两次。

十二、JVM垃圾回收算法

垃圾标记阶段

• 对象存活判断：在堆里存放着几乎所有的Java对象实例，在GC执行垃圾回收之前，首先需要区分出内存中哪些是存活对象，哪些是已经死亡的对象。只有存的对象被标记，未标记的对象表示己经死亡，GC才会在执行垃圾回收时，释放掉其所占用的内存空间，因此这个过程我们可以称为垃圾标记阶段。
• 那么在JVM中究竟是如何标记一个死亡对象呢？简单来说，当一个对象已经不再被任何的存活对象继续引用时，就可以宣判为已经死亡。
• 判断对象存活一般有两种方式：引用计数算法和可达性分析算法。

引用计数算法（没使用）

• 引用计数算法（Reference Counting）比较简单，对每个对象保存一个整型 的引用计数器属性。用于记录对象被引用的情况。
• 对于一个对象A，只要有任何一个对象引用了A，则A的引用计数器就加1；当引用失效时，引用计数器就减1。只要对象A的引用计数器的值为0，即表示对象A不可能再被使用，可进行回收。
• 优点：实现简单，垃圾对象便于辨识；判定效率高，回收没有延迟性。
• 缺点：
  • ➢它需要单独的字段存储计数器，这样的做法增加了存储空间的开销。
  • ➢每次赋值都需要更新计数器，伴随着加法和减法操作，这增加了时间开销。
  • ➢引用计数器有一个严重的问题，即无法处理循环引用的情况。这是一 条致命缺陷，导致在Java的垃圾回收器中没有使用这类算法。

循环引用导致的内存泄漏情况：

可达性分析算法（java使用了）

也叫根搜索算法或追踪性垃圾收集

• 相对于引用计数算法而言，可达性分析算法不仅同样具备实现简单和执行高 效等特点，更重要的是该算法可以有效地解决在引用计数算法中循环引用的问题，防止内存泄漏的发生（但并不能避免）。

• 相较于引用计数算法，这里的可达性分析就是Java、C#选择的。这种类型的垃圾收集通常也叫作追踪性垃圾收集（Tracing GarbageCollection）。

• 所谓**"GC Roots"根集合就是一组必须活跃的引用。**

• ➢可达性分析算法是以根对象集合(GCRoots）为起始点，按照从上至下的方式搜索被根对象集合所连接的目标对象是否可达。

• ➢使用可达性分析算法后，内存中的存活对象都会被根对象集合直接或间接连接着，搜索所走过的路径称为==引用链==（Reference Chain）

• ➢如果目标对象没有任何引用链相连，则是不可达的，就意味着该对象己经死亡，可以标记为垃圾对象。

GC Roots

在Java语言中，GC Roots对象包括以下几类元素：

1.虚拟机栈中引用的对象：➢比如：各个线程当中被调用的方法中使用到的参数、局部变量等。

2.本地方法栈内JNI（通常说的本地方法）引用的对象

3.方法区中类静态属性引用的对象➢比如：Java类的引用类型静态变量

4.方法区中常量引用的对象：➢比如：字符串常量池（string Table） 里的引用

5.所有被同步锁synchroni zed持有的对象

6.Java虚拟机内部的引用：➢基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象（如： NullPointerException、OutOfMemoryError） ，系统类加载器。

7.反映java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等.

8.除了这些固定的GCRoots集合以外，根据用户所选用的垃圾收集器以及当 前回收的内存区域不同，还可以有其他对象“临时性”地加入，共同构成完整GC Roots集合。比如：分代收集和局部回收（Partial GC）。➢如果只针对Java堆中的某一块区域进行垃圾回收（比如：典型的只针 对新生代），必须考虑到内存区域是虚拟机自己的实现细节，更不是孤立封闭的，这个区域的对象完全有可能被其他区域的对象所引用，这时候就需要一.并将关联的区域对象也加入GC Roots集合中去考虑，才能保证可达性分析的准确性。

9.小技巧：由于Root采用栈方式存放变量和指针，所以如果一个指针，它保存了堆内存里面的对象，但是自己又不存放在堆内存里面，那它就是一个Root

• 如果要使用可达性分析算法来判断内存是否可回收，那么分析工作必须在 一个能保障一致性的快照中进行。这点不满足的话分析结果的准确性就无法保证。

• ➢即使是号称（几乎）不会发生停顿的CMS收集器中，枚举根节点时也是必须要停顿的。这点也是导致GC进行时必须“StopTheWorld"的一个重要原因。

对象的finalization机制

• Java语言提供了对象终止（finalization）机制来允许开发人员提供对象被销毁之前的自定义处理逻辑。

• 当垃圾回收器发现没有引用指向一个对象，即：垃圾回收此对象之前，总会先调用这个对象的finalize（）方法。

• finalize（）方法允许在子类中被重写，用于在对象被回收时进行资源释放。通常在这个方法中进行一些资源释放和清理的工作，比如关闭文件、套接字和数据库连接等。

• 应该交给垃圾回收机制调用，永远不要主动调用某个对象的finalize （）方法。

  理由包括下面三点：

  • 意思是如果你重写了finalize（），finalize（）会在一个低优先级的线程中等待自动执行（前提是发生了GC），不需要人为主动的去调用。
  • ➢在finalize（） 时可能会导致对象复活。
  • ➢finalize（）方法的执行时间是没有保障的，它完全由Gc线程决定，极端情况下，若不发生GC，则finalize（） 方法将没有执行机会。
  • ➢一个糟糕的finalize （）会严重影响GC的性能。

• 从功能上来说，finalize（）方法与C++ 中的析构函数比较相似，但是Java采用的是基于垃圾回收器的自动内存管理机制，所以finalize（）方法在本质，上不同于C++ 中的析构函数。

对象是否死亡

• 由于finalize （）方法的存在，虚拟机中的对象一般处于三种可能的状

• 如果从所有的根节点都无法访问到某个对象，说明对象己经不再使用了。一般来说，此对象需要被回收。但事实上，也并非是“非死不可”的，这时候它们暂时处于“缓刑”阶段。一个无法触及的对象有可能在某一个条件下“复活”自己，如果这样，那么对它的回收就是不合理的，为此，定义虚拟机中的对象可能的三种状态。如下：

• • ➢可触及的：从根节点开始，可以到达这个对象。
  • ➢可复活的：对象的所有引用都被释放，但是对象有可能在finalize（）中复活。
  • ➢不可触及的：对象的finalize（）被调用了，并且没有复活，那么就会进入不可触及状态。不可触及的对象不可能被复活，因为finalize（） 只会被调用1次。

• 以上3种状态中，是由于finalize（）方法的存在，进行的区分。只有在对象不可触及时才可以被回收。

  判定是否可以回收具体过程 判定一个对象objA是否可回收，至少要经历两次标记过程：

过程1.如果对象objA到GC Roots没有引用链，则进行第一 次标记。

过程2.进行筛选，判断此对象是否有必要执行finalize（）方法

• ①如果对 象objA没有重写finalize（）方法，或者finalize （）方法已经被虚拟机调用过，则虚拟机视为“没有必要执行”，objA被判定为不可触及的。
• ②如果对象objA重写了finalize（）方法，且还未执行过，那么objA会被插入到F一Queue队列中，由一个虚拟机自动创建的、低优先级的Finalizer线程触发其finalize（）方法执行。
• ③finalize（）方法是对象逃脱死亡的最后机会，稍后Gc会对F一Queue队列中的对象进行第二次标记。如果objA在finalize（）方法中与引用链上的任何一个对象建立了联系，那么在第二次标记时，objA会被移出“即将回收”集合。之后，对象会再次出现没有引用存在的情况。在这个情况下，finalize方法不会被再次调用，对象会直接变成不可触及的状态，也就是说，一个对象的finalize方法只会被调用一次。

使用(MAT与JProfiler)工具分析GCRoots

MAT是Memory Analyzer的简称，它是一 款功能强大的Java堆内存分析器。用于查找内存泄漏以及查看内存消耗情况。
MAT是基于Eclipse开发的，是一款免费的性能分析工具。
可以在http://www.eclipse org/mat/下载并使用MAT。

获取dump文件

方式1: 命令行使用jmap

• jps
• jmap -dump:format=b,live,file=test1.bin {进程id}

方式2：使用JVisualVM导出

• 捕获的heap dump文件是一个临时文件，关闭JVisua1VM后自动删除，若要保留，需要将其另存为文件。
• 可通过以下方法捕获heap dump：
  • ➢在左侧“Application”（应用程序）子窗口中右击相应的应用程序，选择Heap Dump（堆Dump）。
  • ➢在Monitor （监视）子标签页中点击Heap Dump （堆Dump）按钮。
• 本地应用程序的Heap dumps作为应用程序标签页的一个子标签页打开。同时， heap dump在左侧的Application （应用程序）栏中对应一个含有时间戳的节点。右击这个节点选择save as （另存为）即可将heap dump保存到本地。

垃圾清除阶段

标记-清除算法

标记一清除算法（Mark一Sweep）是一种非常基础和常见的垃圾收集算法，该算法被J . McCarthy等人在1960年提出并并应用于Lisp语言。

当堆中的有效内存空间（available memory） 被耗尽的时候，就会停止整个程序（也被称为stop the world），然后进行两项工作，第一项则是标记，第二项则是清除。

• 标记： Collector从引用根节点开始遍历，标记所有被引用的对象。一般是在对象的Header中记录为可达对象。
• 清除： Collector对堆 内存从头到尾进行线性的遍历，如果发现某个对象在其Header中没有标记为可达对象，则将其回收。

标记清除算法的缺点

• ➢效率不算高
• ➢在进行Gc的时候，需要停止整个应用程序，导致用户体验差。
• ➢这种方式清理出来的空闲内存是不连续的，产生内存碎片。需要维护一个空闲列表。

注意：何为清除？

• 这里所谓的清除并不是真的置空，而是把需要清除的对象地址保存在空闲 的地址列表里。下次有新对象需要加载时，判断垃圾的位置空间是否够，如果够，就存放。

复制算法

为了解决标记一清除算法在垃圾收集效率方面的缺陷，M.L.Minsky于1963年发表了著名的论文，“ 使用双存储区的Li sp语言垃圾收集器CALISP Garbage Collector Algorithm Using SerialSecondary Storage ）”。M.L. Minsky在该论文中描述的算法被人们称为复制（Copying）算法，它也被M. L.Minsky本人成功地引入到了Lisp语言的一个实现版本中。

将活着的内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时将正在使用的内存中的存活对象复制到未被使用的内存块中，之后清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，最后完成垃圾回收。

堆中S0和S1使用的就是复制算法。

复制算法优缺点：

• 没有标记和清除过程，实现简单，运行高效

• 复制过去以后保证空间的连续性，不会出现“碎片”问题。

• 此算法的缺点也是很明显的，就是需要两倍的内存空间。

• 对于G1这种分拆成为大量region的GC，复制而不是移动，意味着GC需要维护region之间对象引用关系，不管是内存占用或者时间开销也不小。

• 如果系统中的垃圾对象很多，复制算法需要复制的存活对象数量并不会太大。因此在真正需要垃圾回收的时刻，复制算法的效率是很高的。

• 又由于对象在垃圾回收过程中统一被复制到新的内存空间中，因此，可确保回收后的内存空间是没有碎片的。该算法的缺点是将系统内存折半。

应用场景：（复制算法的高效性是建立在存活对象少、垃圾对象多的前提下的。这种情况在新生代经常发生）

在新生代，对常规应用的垃圾回收，一次通常可以回收70%一 90%的内存空间。回收性价比很高。所以现在的商业虚拟机都是用这种收集算法回收新生代。

标记-压缩（Mark-Compact）算法

复制算法的高效性是建立在存活对象少、垃圾对象多的前提下的。这种情况在新生代经常发生。

但是在老年代，更常见的情况是大部分对象都是存活对象。如果依然使用复制算法，由于存活对象较多，复制的成本也将很高。

因此，基于老年代垃圾回收的特性，需要使用其他的算法。标记一清除算法的确可以应用在老年代中，但是该算法不仅执行效率低下，而且在执行完内存回收后还会产生内存碎片，所以JVM的设计者需要在此基础之上进行改进。标记一压缩（Mark一Compact） 算法由此诞生。1970年前后，G. L. Steele 、C. J. Chene和D.S. Wise 等研究者发布标记一压缩算法。在许多现代的垃圾收集器中，人们都使用了标记一压缩算法或其改进版本。

标记压缩算法执行过程：

• 第一阶段和标记一清除算法一样，从根节点开始标记所有被引用对象.
• 第二阶段将所有的存活对象压缩到内存的一端，按顺序排放。
• 之后，清理边界外所有的空间

标记一压缩算法的最终效果等同于标记一清除算法执行完成后，再进行一次内存碎片整理，因此，也可以把它称为标记一清除一压缩（Mark一 Sweep一Compact）算法。

二者的本质差异在于标记一清除算法是一种非移动式的回收算法，标记一压.缩是移动式的。是否移动回收后的存活对象是一项优缺点并存的风险决策。

可以看到，标记的存活对象将会被整理，按照内存地址依次排列，而未被标记的内存会被清理掉。

如此一来，当我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要持有一个内存的起始地址即可，这比维护一个空闲列表显然少了许多开销。

指针碰撞（Bump the Pointer ）

如果内存空间以规整和有序的方式分布，即已用和未用的内存都各自一边，彼此之间维系着一个记录下一次分配起始点的标记指针，当为新对象分配内存时，只需要通过修改指针的偏移量将新对象分配在第一个空闲内存位置上，这种分配方式就叫做指针碰撞（Bump the Pointer） 。

标记压缩算法优点

• 消除了标记一清除算法当中，内存区域分散的缺点。
• 我们需要给新对象分配内存时，JVM只 需要持有一个内存的起始地址即可。
• 消除了复制算法当中，内存减半的高额代价。

标记压缩算法缺点

• 从效率.上来说，标记一整理算法要低于复制算法。
• 移动对象的同时，如果对象被其他对象引用，则还需要调整引用的地址。· 移动过程中，需要全程暂停用户应用程序。即： STW
• 速度上来说，复制算法是当之无愧的老大，但是却浪费了太多内存。
• 而为了尽量兼顾上面提到的三个指标，标记一整理算法相对来说更平滑一些，但是效率/速度上不尽如人意，它比复制算法多了一个标记的阶段，比标记一清除多了一个整理内存的阶段。

分代收集算法

难道就没有一种最优的算法么?没有最好的算法,只有更合适的算法。前面所有这些算法中，并没有一种算法可以完全替代其他算法，它们都具有自己独特的优势和特点。分代收集算法应运而生。

分代收集算法，是基于这样一个事实：不同的对象的生命周期是不一样的。因此，不同生命周期的对象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。一般是把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点使用不同的回收算法，以提高垃圾回收的效率。

在Java程序运行的过程中，会产生大量的对象，其中有些对象是与业务信息相关，比如Http请求中的Session对象、线程、Socket连接， 这类对象跟业务直接挂钩，因此生命周期比较长。

但是还有一些对象，主要是程序运行过程中生成的临时变量，这些对象生命周期会比较短，比如： String对象， 由于其不变类的特性，系统会产生大量的这些对象，有些对象甚至只用一次即可回收。

目前几乎所有的GC都是采用分代收集（Generational Collecting） 算法执行垃圾回收的。在HotSpot中，基于分代的概念，GC所使用的内存回收算法必须结合年轻代和老年代各自的特点。

• 年轻代（Young Gen）

  • 年轻代特点：区域相对老年代较小，对象生命周期短、存活率低，回收频繁。
  • 这种情况复制算法的回收整理，速度是最快的。复制算法的效率只和当前存活对象大小有关，因此很适用于年轻代的回收。而复制算法内存利用率不高的问题，通过hotspot中的两个survivor的设计得到缓解（伊甸园：幸存者=8：1）。·

• 老年代（Tenured Gen）

  • 老年代特点：区域较大，对象生命周期长、存活率高，回收不及年轻代频繁。
  • 这种情况存在大量存活率高的对象，复制算法明显变得不合适。一般是由标记一清除或者是标记一清除与标记一整理的混合实现。
    • ➢Mark阶段的开销与存活对象的数量成正比。
    • ➢Sweep阶段的开销与所管理区域的大小成正相关。
    • ➢Compact阶段的开销与存活对象的数据成正比。

• 以HotSpot中的CMS回收器为例，CMS是基于Mark一 Sweep实现的，对于对象的回收效率很高。而对于碎片问题，CMS采用基于Mark一Compact算法的Serial 0ld回收器作为补偿措施：当内存回收不佳（碎片导致的Concurrent Mode Failure时），将采用Serial 0ld执行Full GC以达到对老年代内存的整理。

• 分代的思想被现有的虚拟机广泛使用。几乎所有的垃圾回收器都区分新生代和老年代。

增量收集算法

上述现有的算法，在垃圾回收过程中，应用软件将处于一种stop the World的状态。在Stop the World状态下，应用程序所有的线程都会挂起，暂停一切正常的工作，等待垃圾回收的完成。如果垃圾回收时间过长，应用程序会被挂起很久，将严重影响用户体验或者系统的稳定性。为了解决这个问题，即对实时垃圾收集算法的研究直接导致了增量收集（Incremental Collecting） 算法的诞生。

增量收集算法基本思想

如果一次性将所有的垃圾进行处理，需要造成系统长时间的停顿，那么就可以让垃圾收集线程和应用程序线程交替执行。每次，垃圾收集线程只收集一小片区域的内存空间，接着切换到应用程序线程。依次反复，直到垃圾收集完成。
总的来说，增量收集算法的基础仍是传统的标记一清除和复制算法。增量收集算法通过对线程间冲突的妥善处理，允许垃圾收集线程以分阶段的方式完成标记、清理或复制工作。

增量收集算法优缺点：

使用这种方式，由于在垃圾回收过程中，间断性地还执行了应用程序代码，所以能减少系统的停顿时间。

但是，因为线程切换和上下文转换的消耗，会使得垃圾回收的总体成本上升，造成系统吞吐量的下降。

分区算法G1回收器

一般来说，在相同条件下，堆空间越大，一次GC时所需要的时间就越长，有关GC产生的停顿也越长。

为了更好地控制GC产生的停顿时间，将一块大的内存区域分割成多个小块，根据目标的停顿时间，每次合理地回收若干个小区间，而不是整个堆空间，从而减少一次GC所产生的停顿。

分代算法将按照对象的生命周期长短划分成两个部分，而分区算法将整个堆空间划分成连续的不同小区间。

每一个小区间都独立使用，独立回收。这种算法的好处是可以控制一次回收多少个小区间。

十二、System.gc()无法保证GC一定执行

• 在默认情况下，通过System.gc()或者Runtime.getRuntime().gc()的调用，会显式触发Full GC，同时对老年代和新生代进行回收，尝试释放被丢弃对象占用的内存。

• JVM实现者可以通过system.gc()调用来决定JVM的GC行为。而一般情况下，垃圾回收应该是自动进行的，无须手动触发，否则就太过于麻烦了。

• 然而System.gc()调用附带一个免责声明，无法保证对垃圾收集器的调用(无法保证马上触发GC)。

在一些特殊情况下，如我们正在编写一个性能基准，我们可以在运行之间调用System.gc()。以下示例代码：

System.runFinalization();//强制调用 失去引用的对象的finalize()方法

如果注掉System.runFinalization(); 那么控制台不保证一定打印,

从而证明了System.gc（）无法保证GC一定执行.

十三、内存溢出&内存泄漏

• 内存溢出相对于内存泄漏来说，尽管更容易被理解，但是同样的，内存溢出也是引发程序崩溃的罪魁祸首之一。
• 由于GC一直在发展，所有一般情况下，除非应用程序占用的内存增长速度非常快，造成垃圾回收已经跟不上内存消耗的速度，否则不太容易出现OOM的情况。
• 大多数情况下，GC会进行各种年龄段的垃圾回收，实在不行了就放大招，来一次独占式的Full GC操作，这时候会回收大量的内存，供应用程序继续使用。
• javadoc中对OutOfMemoryError的解释是，没有空闲内存，并且垃圾收集器也无法提供更多内存(意思是即使GC之后，也无法提供空闲的内存)。

内存溢出

• 首先说没有空闲内存的情况：说明Java虚拟机的堆内存不够。原因有二：
  • （1） Java虚拟机的堆内存设置不够。
    比如：可能存在内存泄漏问题；也很有可能就是堆的大小不合理，比如我们要处理比较可观的数据量，但是没有显式指定JVM堆大小或者指定数值偏小。我们可以通过参数一Xms、一Xmx来调整。
  • （2）代码中创建了大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）对于老版本的Oracle JDK，因为永久代的大小是有限的，并且JVM对永久代垃圾回收（如，常量池回收、卸载不再需要的类型）非常不积极，所以当我们不断添加新类型的时候，永久代出现OutOfMemoryError也非常多见，尤其是在运行时存在大量动态类型生成的场合；类似intern字符串缓存占用太多空间，也会导致OOM问题。对应的异常信息，会标记出来和永久代相关： “java. lang. OutOfMemoryError： PermGen space”。
    随着元数据区的引入，方法区内存已经不再那么窘迫，所以相应的00M有所改观，出现00M，异常信息则变成了：“java. lang. OutOfMemoryError： Metaspace"。 直接内存不足，也会导致OOM。
• 这里面隐含着一层意思是，在抛出OutOfMemoryError之 前，通常垃圾收集器会被触发，尽其所能去清理出空间。
  • ➢例如：在引用机制分析中，涉及到 JVM会去尝试回收软引用指向的对象等。
  • ➢在java.nio.BIts.reserveMemory（）方法中，我们能清楚的看到，System.gc（）会被调用，以清理空间。
• 当然，也不是在任何情况下垃圾收集器都会被触发的
  • ➢比如，我们去分配一个超大对象，类似一个超大数组超过堆的最大值，JVM可以判断出垃圾收集并不能解决这个问题，所以直接拋出OutOfMemoryError

内存泄漏(Memory Leak)

• 也称作“存储渗漏”。严格来说，只有对象不会再被程序用到了，但是GC又不能回收他们的情况，才叫内存泄漏。
• 但实际情况很多时候一些不太好的实践（或疏忽）会导致对象的生命周期变得很长甚至导致OOM，也可以叫做宽泛意义上的“内存泄漏。
• 尽管内存泄漏并不会立刻引起程序崩溃，但是一旦发生内存泄漏，程序中的可用内存就会被逐步蚕食，直至耗尽所有内存，最终出现OutOfMemory异常，导致程序崩溃。

注意，这里的存储空间并不是指物理内存，而是指Java层面JVM虚拟内存大小，这个虚拟内存大小取决于磁盘交换区设定的大小。

Forgotten Reference:由于某种原因没有/忘记断开的引用，导致内存泄漏。

举个内存泄露的栗子：

一个单例对象引用了一个对象，但这个对象我只用一次之后就不用了，而由于和这个单例对象还存在一个引用链，导致GC没办法回收它，这造成了内存泄漏。

JVM垃圾回收行为的并发与并行

并发与并行

• 并发，指的是多个事情，在同一时间段内同时发生了。
• 并行，指的是多个事情，在同一时间点上同时发生了。
• 并发的多个任务之间是互相抢占资源的。
• 并行的多个任务之间是不互相抢占资源的。
• 只有在多CPU或者一个CPU多核的情况中，才会发生并行。否则，看似同时发生的事情，其实都是并发执行的。

垃圾回收的并发与并行

并发和并行，在谈论垃圾收集器的上下文语境中，它们可以解释如下：

并行（Parallel） ：指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍处于等待状态。

• 如ParNew、 Parallel Scavenge、 Parallel 0ld；

串行（Serial）：

• 相较于并行的概念，单线程执行。
• 如果内存不够，则程序暂停，启动JVM垃圾回收器进行垃圾回收。回收完，再启动程序的线程。

并发（Concurrent） ：指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能会交替执行），垃圾回收线程在执行时不会停顿用户程序的运行。

• ➢用户程序在继续运行，而垃圾收集程序线程运行于另一个CPU上；
• ➢如： CMS、G1

十四、JVM垃圾回收安全点Safe Point

GC安全点(Safepoint)

• 程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC，只有在特定的位置才能停顿下来开始GC，这些位置称为 安全点（Safepoint）
• Safe Point的选择很重要，如果太少可能导致GC等待的时间太长，如果太频繁可能导致运行时的性能问题。大部分指令的执行时间都非常短暂，通常会根据“是否具有让程序长时间执行的特征”为标准。比如：选择些执行时间较长的指令作为Safe Point， 如方法调用、循环跳转和异常跳转等。

如何在GC发生时，检查所有线程都跑到最近的安全点停顿下来呢？

• 抢先式中断： （目前没有虚拟机采用了） 首先中断所有线程。如果还有线程不在安全点，就恢复线程，让线程跑到安全点。
• 主动式中断： 设置一个中断标志，各个线程运行到Safe Point的时候主动轮询这个标志，如果中断标志为真，则将自己进行中断挂起。

安全区域(Safe Region)

Safepoint机制保证了程序执行时，在不太长的时间内就会遇到可进入GC的Safepoint

但是，程序“不执行”的时候呢？例如线程处于Sleep 状态或Blocked状态，这时候线程无法响应JVM的中断请求，“走” 到安全点去中断挂起，JVM也不太可能等待线程被唤醒。对于这种情况，就需要安全区域（Safe Region）来解决。

安全区域是指在一段代码片段中，对象的引用关系不会发生变化，在这个区域中的任何位置开始GC都是安全的。我们也可以把Safe Region 看做是被扩展了的Safepoint。

程序实际执行时:

• 1、当用户线程运行到Safe Region的代码时，首先标识已经进入了Safe Region，如果这段时间内发生GC，JVM会忽略标识为Safe Region状态的用户线程即用户线程STW，等待JVM执行GC完毕；
• 2、当用户线程即将离开Safe Region时， 会检查JVM是否已经完成GC，如果完成了，则用户线程继续运行，否则用户线程必须等待直到收到可以安全离开SafeRegion的信号为止；

十五、JVM强引用、软引用、弱引用、虚引用、终接器引用垃圾回收行为总结

JVM引用：

• 我们希望能描述这样一类对象： 当内存空间还足够时，则能保留在内存中；如果内存空间在进行垃圾收集后还是很紧张，则可以抛弃这些对象。 -【既偏门又非常高频的面试题】强引用、软引用、弱引用、虚引用有什么区别？具体使用.场景是什么？

• 在JDK 1.2版之后，Java对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference） 、弱引用（Weak Reference） 和虚引用（Phantom Reference） 4种，这4种引用强度依次逐渐减弱。

• 除强引用外，其他3种引用均可以在java.lang.ref包中找到它们的身影。如下图，显示了这3种引用类型对应的类，开发人员可以在应用程序中直接使用它们。

• Reference子类中只有终结器引用是包内可见的(该类没有被public修饰)，其他3种引用类型均为public class，可以在应用程序中直接使用。

• 对于强、软、弱、虚这四种引用对象的垃圾回收特点的描述，都是指的在引用关系还存在的情况下：

  • 强引用（StrongReference）：最传统的“引用”的定义，是指在程序代码之中普遍存在的引用赋值，即类似“0bject obj=new object（ ）”这种引用关系。无论任何情况下，只要强引用关系还存在，垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。
  • 软引用（SoftReference） ：在系统将要发生内存溢出之前，会把这些对象列入回收范围之中，以备进行第二次（第一次指的是回收了不可触及的垃圾对象）垃圾回收的时候回收它们。如果这次回收后还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。
  • 弱引用（WeakReference） ：被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集之前。当垃圾收集器工作时，无论内存空间是否足够，都会回收掉被弱引用关联的对象。
  • 虚引用（PhantomReference） ：一个对象是否有虛引用的存在，完全不会对其生存时 间构成影响，也无法通过虚引用来获得一个对象的实例。为一个对象设置虛引用关联的唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知(回收跟踪)。

强引用（不回收）

• 在Java程序中，最常见的引用类型是强引用（普通系统99%以上都是强引用），也就是我们最常见的普通对象引用，也是默认的引用类型。

• 当在Java语言中使用new操作符创建一个新的对象， 并将其赋值给一个变量的时候，这个变量就成为指向该对象的一个强引用。

• 强引用的对象是可触及的（可达的），垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。

• 对于一个普通的对象，如果没有其他的引用关系，只要超过了引用的作用域或者显式地将相应（强）引用赋值为null，才可以当做垃圾被收集，当然具体回收时机还是要看垃圾收集策略。

• 相对的，软引用、 弱引用和虚引用的对象是软可触及、弱可触及和虛可触及的，在一定条件下，都是可以被回收的。

  所以，强引用是造成Java内存泄漏的主要原因之一。

示例代码：

StringBuffer str = new StringBuffer ("Hello,尚硅谷");
局部变量str指向StringBuffer实例所在堆空间，通过str可以操作该实例，那么str就是StringBuffer实例的强引用。
对应内存结构：

此时,如果再运行一个赋值语句:StringBuffer str1 = str;
对应内存结构:

本例中的两个引用，都是强引用。

强引用具备以下特点：

• 强引用可以直接访问目标对象。
• 强引用所指向的对象在任何时候都不会被系统回收，虚拟机宁愿抛出OOM异常，也不会回收强引用所指向对象。
• 强引用可能导致内存泄漏。

软引用（内存不足即回收）

• **软引用是用来描述一 些还有用，但非必需的对象。**只被软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常前，会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收，如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。
• **软引用通常用来实现内存敏感的缓存。**比如：高速缓存就有用到软引用。如果还有空闲内存，就可以暂时保留缓存，当内存不足时清理掉，这样就保证了使用缓存的同时，不会耗尽内存。
• 垃圾回收器在某个时刻决定回收软可达的对象的时候，会清理软引用，并可选地把引用存放到一个引用队列（ Reference Queue）。
• 类似弱引用，只不过Java虚拟机会尽量让软引用的存活时间长一些，迫不得.已才清理。
• 软引用：
  • 当内存足够: 不会回收软引|用的可达对象
  • 当内存不够时: 会回收软引用的可达对象
• 在JDK 1. 2版之后提供了java.lang.ref.SoftReference类来实现软引用。

Object obj = new object（）； //声明强引用
SoftReference<0bject> sf = new SoftReference<0bject>（obj）；//创建软引用
obj = null； //然后要销毁强引用

弱引用（发现即回收）

• 弱引用也是用来描述那些非必需对象，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生为止。在系统GC时，只要发现弱引用，不管系统堆空间使用是否充足，都会回收掉只被弱引用关联的对象。
• 但是，由于垃圾回收器的线程通常优先级很低，因此，并不一 定能很快地发现持有弱引用的对象。在这种情况下，弱引用对象可以存在较长的时间。
• 弱引用和软引用一样，在构造弱引用时，也可以指定一个引用队列，就会加入指定的引用队列，当弱引用对象被回收时，通过这个队列可以跟踪对象的回收情况。
• 软引用、弱引用都非常适合来保存那些可有可无的缓存数据。如果这么做，当系统内存不足时，这些缓存数据会被回收，不会导致内存溢出。而当内存资源充足时，这些缓存数据又可以存在相当长的时间，从而起到加速系统的作用。
• 在JDK1.2版之后提后了java.lang.ref.WeakReference类来实现弱引用

Object obj = new object（）； //声明强引用
WeakReference<0bject> sf = new WeakReference<0bject>（obj）；//创建弱引用
obj = null； //销毁强引用

• 弱引用对象与软引用对象的最大不同就在于，当GC在进行回收时，需要通过算法检查是否回收软引用对象，而对于弱引用对象，GC总是进行回收。弱引用对象更容易、更快被GC回收。

面试题：你开发中使用过WeakHashMap吗？

• 通过查看WeakHashMap源码,可以看到其内部类Entry使用的就是弱引用
• line 702 -> private static class Entry extends WeakReference