浅谈JVM

内存结构：

程序计数器（寄存器）

作用：记住下一条jvm指令的执行地址

特点：

• 是线程私有的

• 不会出现内存溢出

虚拟机栈

虚拟机栈：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-线程与运行需要的内存空间（方法运行所需要的栈帧）

• 每个线程运行所需的内存称为虚拟机栈

• 每个线程由多个栈帧组成，对应着每次方法调用时所占用的内存

• 每个线程只有一个活动的栈帧，对应当前正在执行的那个方法

垃圾回收是否设计栈内存？

栈内存分配越大越好？

方法的局部变量是否线程安全

jvm指令

2.2栈内存溢出：

• 栈帧过多导致溢出
• 栈帧过大导致溢出

2.3线程运行诊断：

cpu占用过多

定位：

• 用top定位那个进程对cpu占用过高
• ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 进程id（用ps命令定位哪个线程引起的cpu占用过高）
• jstack 进程id
  • 可以根据线程id进一步找出问题结果

3.本地方法栈：

一个java调用非java代码的接口。一个Native Method是这样一个java方法：该方法的实现由非java语言实现。

4堆：

4.1定义：

heap堆

• 通过new关键字创建的对象都会使用堆内存

特点：

• 他是线程共享的，堆中的对象都需要考虑线程安全的问题
• 由垃圾回收机制

4.2堆内存的溢出：

4.3堆内存诊断：

1、jps工具

• 查看当前系统中有哪些java进程

2.jpm工具 jmap -heap 进程

• 查看堆内存的占用情况

3.jconsole工具

• 图形界面，多功能的检测工具，可以连续监测

5.方法区（“非堆”（Non-Heap））：

5.1定义：

方法区（Method Area）与 Java 堆一样，是各个线程共享的内存区域，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数据。

在虚拟机启动时启动

5.2：组成

5. 3方法区内存溢出

1.8以后用的元空间（系统内存）

1.8以前用的永久代 垃圾回收效率低

场景：

• spring
• mybatis

5.4运行时常量池

javap -v 文件名.class

查看反编译信息

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、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表（Constant Pool Table），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。

运行时常量池相对于 Class 文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性，

5.5 StringTable特性：

遇到字符串是懒惰的，遇到时才会加载到常量池stringtable中中，用的是hashtable的结构不能扩容

string s=s1+s2（这是两个变量） 在堆中存放；

可以使用intern（）方法将字符串对象放入串池中

在运行期间调用的是stringbuilder对象逐渐调用append（）方法

如果是常量的话在编译期间就确定了结果

• 常量池的符号仅仅是符号，第一次用到才变为对象
• 利用串池的加载机制，来避免重复创建字符串对象
• 字符串变量的拼接的原理是stringbuilder
• 字符串常量的拼接的原理是编译期的优化
• 可以使用intern方法，主动将串池中还没有的字符串对象放入串池中
  • 1.8将字符串对象尝试放入串池，如果有则不会放入无则放入回将串池中的对象返回
  • 1.6将对象尝试放入串池。有则不放，无则将对象复制一份放入串池，会把串池中的对象返回

5.6StringTable位置

1.6在方法区

1.8在heap（堆）

5.7StringTable垃圾回收

5.8StringTable性能调优

• 调整 -XX：StringTableSize=桶个数
• 考虑将字符对象是否入池

6.直接内存

定义：

直接内存（Direct Memory）

并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。但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致 OutOfMemoryError 异常出现

• 常见于NIO操作时，用于数据缓冲区
• 分配回收成本高
• 不受JVM内存回收管理

垃圾回收释放原理：

分配内存：

ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024);
//2
Unsafe unsafe=Unsafe.getUnsafe();
long base = unsafe.allocateMemory(1024 * 1024);
        unsafe.setMemory(base,1024*1024,(byte) 0);
System.in.read();
1
2
3
4
5
6

释放内存：

long base = unsafe.allocateMemory(1024 * 1024);
unsafe.freeMemory(base);
System.in.read();
1
2
3

6.3分配和回收原理

• 使用了Unsafe对象完成直接内存的分配回收，并且回收需要主动 调用freeMemory方法
• ByteBuffer 的实现类内部，使用了Cleaner（虚引用）来监测ByteBuffer对象，一旦ByteBuffer对象被垃圾回收，那么就会由ReferenceHandler线程通过Cleaner的clean方法调用freeMemory来释放直接内存

垃圾回收

如何判断对象可以回收；

1.引用计数算法（Reference Counting）

• 定义：当有一个地方引用它时，计数器值就加一；当引用失效时，计数器值就减一；任何时刻 计数器为零的对象就是不可能再被使用的。
• 缺陷：因为互相引用着对 方，导致它们的引用计数都不为零，引用计数算法也就无法回收它们。

2.可达性分析算法

• 当前主流的商用程序语言（Java、C#，上溯至前面提到的古老的 Lisp）的内存管理 子系统，都是通过可达性分析（Reachability Analysis）算法来判定对象是否存活的。
• 这 个算法的基本思路就是：
  • 通过一系列称为“GC Roots”的根对象作为起始节点集，从这些节 点开始，根据引用关系向下搜索，搜索过程所走过的路径称为“引用链”（Reference Chain），如果某个对象到 GC Roots 间没有任何引用链相连，或者用图论的话来说就是 从 GC Roots 到这个对象不可达时，则证明此对象是不可能再被使用的。

五种引用（强、软、弱、虚、终结器）

1.强引用

• 不被垃圾回收
• 只有所有GC Roots对象不通过强引用引用该对象时，才会被垃圾回收

2.软引用

• 第二次回收
• 仅有软引用引用该对象时，在垃圾回收时，内存仍不足时再次触发垃圾回收
• 可以配合引用队列来释放软引用本身

3.虚引用

• 对回收过程进行标记
• 必须配合引用队列使用，主要配合ByteBuffer使用，被引用对象回收时，会将虚引用入队，由Reference Handler线程调用虚引用相关方法释放直接内存
• 永远被指为 null

4.弱引用

• 不管内存是否足够都会回收
• 仅有弱引用引用该对象时，在垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收弱引用对象
• 可以配合引用队列来释放弱引用自身

5.终结器引用

• 由一个优先级很低的线程进行调用
• 无需手动编码，但其内部配合引用队列使用，在垃圾回收时，终结器引用入队（被引用对象暂时没有才被回收），再由Finalizer线程通过终结器引用找到被引用对象并调用它的finalize方法，第二次GC时才能回收被利用对象

垃圾回收算法：

• 分代收集理论
  • 实质是一套符合大多数程序运行实 际情况的经验法则，它建立在两个分代假说之上：
    • 弱分代假说（Weak Generational Hypothesis）：绝大多数对象都是朝生夕灭的。
    • 强分代假说（Strong Generational Hypothesis）：熬过越多次垃圾收集过程的对象就 越难以消亡。

标记复制算法

• 是为“半区复制”（Semispace Copying）的垃圾收集算法
  • 它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用 其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后 再把已使用过的内存空间一次清理掉。
• 缺陷
  • 将可用内存缩小为了原来 的一半，空间浪费未免太多了一点
    • 如果内存中多数对象都是存活的，这种算法将会 产生大量的内存间复制的开销，但对于多数对象都是可回收的情况，算法需要复制的就 是占少数的存活对象，而且每次都是针对整个半区进行内存回收，分配内存时也就不用 考虑有空间碎片的复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配即可。
• 优点
  • 解决了标记-清除算法面对大量可回收对象 时执行效率低的问题

标记清除算法

• 最早出现的算法
• 算法分为“标记”和“清除”两个 阶段：
  • 首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后，统一回收掉所有被标记的对 象，
  • 也可以反过来，标记存活的对象，统一回收所有未被标记的对象。标记过程就是对 象是否属于垃圾的判定过程，
• 缺陷：
  • 第一个是执行效率不稳 定，如果 Java 堆中包含大量对象，而且其中大部分是需要被回收的，这时必须进行大量 标记和清除的动作，导致标记和清除两个过程的执行效率都随对象数量增长而降低
  • 第 二个是内存空间的碎片化问题，标记、清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎 片太多可能会导致当以后在程序运行过程中需要分配较大对象时无法找到足够的连续内 存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

标记整理算法

• 标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但 后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向内存空间一端移 动，然后直接清理掉边界以外的内存
• 优点
  • 解决了标记复制算法在对象存活率高时效率低的问题
    • 标记-复制算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率将会降低。更 关键的是，如果不想浪费 50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，以应对被使 用的内存中所有对象都 100%存活的极端情况，所以在老年代一般不能直接选用这种算 法。
• 缺点：移动的操作降低了回收速度
• 标记-清除算法与标记-整理算法的本质差异：
  • 前者是一种非移动式的回收算法， 而后者是移动式的

分代垃圾回收

• 新生代收集（Minor GC/Young GC）

  • 定义：指目标只是新生代的垃圾收集。
  • 会触发（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
  • 当对象寿命超过阈值时会晋升老年代，最大寿命15（4bit）

• 老年代收集（Major GC/Old GC）：

  • 指目标只是老年代的垃圾收集。目前只有 CMS 收集器会有单独收集老年代的 行为。另外请注意“Major GC”这个说法现在有点混淆，在不同资料上常有不同所指，读者需按上下文区分到底是指老 年代的收集还是整堆收集。
  • 当老年代空间不足，会先尝试触发minor gc，如果之后仍空间不足，那么触发full gc，STW的时间更长

• 混合收集（Mixed GC）：

  • 指目标是收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集。目前只有 G1 收集器会有这种行 为。

• 整堆收集（Full GC）：

  • 收集整个 Java 堆和方法区的垃圾收集。