深入java虚拟机（九）--常见问题总结

1.     JVM运行时内存结构

1.由如下图构成。Runtime Data Area有如下几个区，其中PC程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈是线程独享的，堆和方法区是线程共享的。Classload用来加载class文件，执行引擎用来执行程序，本地方法接口调用本地方法库。

2.java stack比较简单，每一个都是一个栈帧，每个栈帧由三部分构成。局部变量区、操作数区和帧数据区。局部变量是一个以数组形式管理的内存区，一般第0位是指向自己的this引用；其他的都是基本数据类型和reference类型和returnedAddress类型。操作数区不是通过索引来访问，通过入栈出栈来访问，是临时数据的存储区域，比方说数学计算。帧数据区是保存一些指向常量池的指针，需要常量数据时就通过这个指针来访问常量池数据。

3. 共享内存区：分为permanent space、old space、From survivor、To survivor和Eden。其中premanent包括runtime constant pool和已加载的类信息和方法信息。Old space（tenured generation）包含生命周期长的存活对象。From survivor和Eden存放存活比较短的对象，To survivor是用来复制保存存活的对象。

4.JVM参数设置。

堆：

-Xmx:最大堆内存,如：-Xmx512m

-Xms:初始时堆内存,如：-Xms256m

-XX:MaxNewSize:最大年轻区内存

-XX:NewSize:初始时年轻区内存.通常为 Xmx 的 1/3 或 1/4。新生代 = Eden + 2 个 Survivor 空间。实际可用空间为 = Eden + 1 个 Survivor，即 90%

-XX:MaxPermSize:最大持久带内存

-XX:PermSize:初始时持久带内存

-XX:+PrintGCDetails。打印 GC 信息

 -XX:NewRatio 新生代与老年代的比例，如 –XX:NewRatio=2，则新生代占整个堆空间的1/3，老年代占2/3

 -XX:SurvivorRatio 新生代中 Eden 与 Survivor 的比值。默认值为 8。即 Eden 占新生代空间的 8/10，另外两个Survivor 各占 1/10

栈：

-xss:设置每个线程的堆栈大小. JDK1.5+ 每个线程堆栈大小为 1M，一般来说如果栈不是很深的话， 1M 是绝对够用了的。

2.     对象和内存溢出。

1.     对象。

A．创建。首先检查指令的参数能不能在常量区找到类的符号引用，并检查这个类是否加载、解析和初始化过，如果没有就执行类的加载过程。其次是内存分配，类加载之后就知道要分配的内存大小，分配方法有两种，一种是指针碰撞，就是一块内存是使用过的，一块是未使用的，用一个指针分割，新分配的内存指针就向空闲的挪动，compact功能的虚拟机是用指针碰撞；另一种是空闲列表，就是一个列表记录空闲的内存块，不断更新列表，新分配的内存在列表中寻找一个合适大小的内存块，sweep功能的虚拟机是使用空闲列表。第三，在分配内存空间的时候，还要考虑并发性。有两个方法，一种是同步处理，如采用CAS和失败重试的方法；另外一种是把内存分配动作按照线程划分在不同的空间之中，每个线程在堆中预先分配一小块内存，本地线程分配缓冲TLAB，那个线程需要分配内存在那个TLAB上分配，只有TLAB用完了，才要同步锁定，重新分配。第四、对对象进行必要设置，比方说对象属于那个类，如何找到类的元数据信息和对象hashcode以及对象GC分代年龄等。

B．对象的内存布局。分为对象头、实例数据和对齐填充。对象头包括两部分，第一部分是存储对象自身信息，如hashcode，GC分代年龄，锁状态等；第二部分是类型指针，对象指向它的类的元数据的指针，虚拟机通过这个指针确定这是那个类的实例。

C．对象访问定位。两种方式，一种是句柄访问，句柄池有访问对象实例数据的指针和访问对象数据类型的指针。这个访问最大好处是reference是稳定的句柄池地址，对象改变都是改变句柄池里面的指针，而reference本身不动。另外一种就是直接指针，它有到对象类型数据的指针和实例数据。这个访问的好处是速度更快，节省了一次指针定位的开销。

2.     内存溢出OOM。

A．     堆溢出。堆存放的是对象实例，只要不断创建对象，并且保证GC Root到对象有可大路径避免被垃圾回收清除掉对象，那么对象数量达到最大堆容量限制就会OOM。用内存映象分析工具，Eclipse Memory Analyzer分析一下。

B．     虚拟机栈和本地方法栈溢出。分为两种，一种是如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，抛出StackOverFlowError异常；另一种是如果虚拟机在扩展栈时无法申请到足够内存空间，抛出OutOfMemoryError异常。可以减小最大堆和栈容量来获取更多的线程数量。

C．     方法区和常量池溢出。会有额外提示 PermGen space。

D．    本机直接内存溢出。这个Heap Dump文件看不到内存占用，但是如果有直接或简介使用了NIO，那有可能就是本机直接内存溢出了。

3.     GC算法。

1.     判断对象可以回收。

A．引用计数器方法。对象被引用就加一，失效的时候减一；为0时就可以释放。缺点是，GC有环的时候不能释放。

B．GC Root。以根对象为起点，然后根据关联关系向下搜索。如果根对象找不到任何路径与之相连，就判断为对象可以被回收。GC Root的选取有四种：虚拟机栈中引用对象，方法区中类的静态属性引用对象，方法区中常量引用对象和本地方法栈中jni引用对象。可达性分析算法标记了的对象，默认是第一次标记，如果这个对象没有实现finalize方法的话，就直接回收了；如果实现了finalize方法的话，就要把第一次标记的对象放到一个F-Queue队列里面，然后虚拟机会启动一个Finalizer线程去执行，然后会进行第二次标记。第二次标记的对象就直接回收。要想存活一次的话，就重写finalize方法，如果想复活的话，就在finalize里，把自己关联到任何一个上就行，如，把自己赋值给某个类变量或者对象的成员变量。

C．强引用对象任何时候都不会被回收；软引用在内存够的时候不会被回收，在不够时候会，SoftReference类；弱引用在虚拟机回收时直接回收，WeakReference。虚引用不会构成任何对对象的影响，创建目的是为了对象被回收时系统得到一个通知消息，PhantomReference。

2.     垃圾回收算法。

A．标记-清除（mark-sweep）。缺点是内存碎片多。

B．标记-复制（mark-copy）。将内存分为两块，一块内存保留对象的全部复制到另一块空闲内存中。缺点是内存减半。所以分区来实现，eden，s0，s1，按一定比例，默认8：1：1即可。这个就是Minor GC，一般情况下，对象在Eden上申请空间，当发现没有足够空间，就发生Minor GC，会把Eden和From survivor里的保留的对象复制到To survivor里面，然后清空Eden和From survivor内存，然后From survivor和To survivor对换。如果To survivor空间不够，直接把From survivor对象复制到old space，或者部分年龄足够了的对象也会直接复制到old space。From survivor把对象复制到Tenured区域时，如果设置了HandlePromotionFailure（允许担保失败），如果允许就只进行Minor GC，如果不允许就触发Full GC。

C．标记-整理（mark-compact）。整理时，先清除掉应该清除的对象，然后把存活的对象压缩到堆的一端，按顺序排放。Full GC需要对整个堆进行回收。比方说Tenured满了，permanent满了，system.gc显示调用，会发生Full GC。Permanent要回收，一般回收的是常量池的常量和无用的类信息。类所有实例都回收了，加载类的classloader已经被回收了和类的class对象没有被引用（没有通过反射引用该类）这三条满足了才会回收类。

4.     垃圾收集器。

A．young space上的，Serial（它的优点是实现简单高效，但是缺点是会给用户带来停顿。）和PraNew（Serial多线程版本）和Parallel Scavenge（达到可控的吞吐量）。

B．old space上的，Serial old（mark-compact）和ParallelOld和CMS（一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，它是一种并发收集器，采用的是"标记-清除"算法，减少停顿的时间的部分是把并发标记的搜索放到一个线程里做了）。

C．G1（mark-compact）。对整个堆进行多个大小一样的region，然后按照优先级划分回收区域。

5.     Class文件结构。

A．魔数。CAFEBABE。咖啡宝贝。

B．次版本号和主版本号，1.7是51。

C．常量池计数器和常量池数据区。常量池表索引在1-constant_pool_count内的才是有效的，第一个是指向null。

D．  访问标志，access_flags.主要是public final super interface abstract enum等。是某个类或者接口的访问权限。后面还有有方法和变量的，类似这个，但是标志不完全一样。

E． 类索引，父类索引。this_class和super_class。

F． 接口计数器和接口信息数据区。这里每一个实现的接口都存在接口信息数据区，从第0个开始到interfaces_count。

G．  字段计数器和字段信息数据区。保存的是类的所有字段信息。

H．  方法计数器和方法信息数据区。保存的是类的所有方法信息。

I．  属性计数器和属性信息数据区。保存属性表。常用的是Code，Deprecated，ConstantValue，Exceptions等。

6.     类的加载。

A．    装载，查找和导入class文件。加载一般时机：1.如果一个类在一下三种情况下还没有初始化的话就要执行初始化：a.new一个对象的时候，b.读取和设置一个静态字段（final修饰的除外），c.调用一个类的静态方。2.通过reflection这个包调用时，如果类没有加载就要先初始化。3.一个类的子类调用的时候，其父类如果还没初始化，就要先初始化父类。4.虚拟机启动的时候，必须有一个包含Main方法的类先初始化。5.一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后解析结果为：REF_getStatic、REF_putStatic和REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有初始化，就要先初始化。

B．链接，分为三步。第一步是校验，检查载入的class文件数据的正确性，、包括文件格式、元数据验证、字节码验证和符号引用验证。第二步是准备阶段，把类变量（static）在方法区分配储存空间。第三步是解析，把符号引用转成直接引用，类和接口解析，字段和接口方法解析。

C．初始化。类的话限制性构造函数的<clinit>然后执行然后执行实例对象的<init>，当然要先执行父类的<clinit>;接口的话，不用先执行父接口的<clinit>。也就是说子类先调用父类的静态代码块，然后是子类的静态代码块。

7.     类加载器

A、 Bootstrap ClassLoader：将存放于<JAVA_HOME>\lib目录中的，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识别的（仅按照文件名识别，如 rt.jar 名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被Java程序直接引用。

B、 Extension ClassLoader : 将<JAVA_HOME>\lib\ext目录下的，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库加载。开发者可以直接使用扩展类加载器。

C、 Application ClassLoader : 负责加载用户类路径(ClassPath)上所指定的类库,开发者可直接使用。

D、 工作过程：如果一个类加载器接收到了类加载的请求，它首先把这个请求委托给他的父类加载器去完成，每个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它在搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。

E、  好处：java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如类java.lang.Object，它存放在rt.jar中，无论哪个类加载器要加载这个类，最终都会委派给启动类加载器进行加载，因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反，如果用户自己写了一个名为java.lang.Object的类，并放在程序的Classpath中，那系统中将会出现多个不同的Object类，java类型体系中最基础的行为也无法保证，应用程序也会变得一片混乱。

8.     反射。

A．在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能调用它的任意一个方法和属性；这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法功能称为java语言的反射机制。

B．获取类的三种方法：1.Class c1 =Class.forName(“name”);2.Class c2 = name.class;3.name n = new name();Class c3 =n.getClass();

C．通过获取的类，创建它的对象，利用newInstance。Object o =c1.newInstance()；

D．  获取它的属性和方法：获取全部属性：Field[] fs = c.getDeclaredFields();获取指定属性，如获取id这个属性：FieldidF = c.getDeclaredField("id");当然这个获取属性是不分public还是private，如果用getFields就只能获取public的属性。方法也一样，只是名字改变下，getDeclaredMethods，获取构造函数就是getDeclaredConstructors.

9.在程序中怎么应用垃圾回收，注意那些问题。

A、尽早释放无用对象的引用，赋空值；B、谨慎使用集合数据类型，如数组、树、图、链表等数据结构，因为GC比较复杂；C、避免显示申请数组内存，不得不显示申请时，尽量准确估计其合理值；D、尽量避免在类的默认构造器中创建和初始化大量的对象，防止在调用其子类的构造器时造成不必要的资源浪费；E、尽量避免强制系统做垃圾回收，增长系统做垃圾回收的最终时间；F、尽量在合适的场景下使用对象池技术以提高系统性能；G、尽量做远程方法调用类应用开发时使用瞬间值变量，除非远程调用端需要获取该瞬间值变量的值。