高級Java知識（JVM、字節碼、內存模型）

內存=方法區+棧空間+堆+程序計數器java

棧（stack）包括虛擬機棧（VM stack）和本地方法棧（native method stack）。算法

方法區（method area）內放置類信息(Class）、常量、靜態變量、JIT編譯後代碼。運行時常量池是方法區的一部分。 Class文件有一個常量池（Constant Pool Table），屬於Class的一部分。運行時常量池（Runtime Constant Pool）屬於method area的一部分。數組

線程請求的棧容量大於VM容許的最大容量將引起StackOverflowError。多線程

JVM規範容許虛擬機棧（如Hotspot虛擬機容許本地方法棧納入VM棧）動態擴展，若果在擴展時申請不到更多的內存，將引起OutOfMemoryError。併發

堆上申請不到更多內存將引起OOM error。app

運行時常量池申請不到更多內存將引起OOM Error。jvm

直接內存（Direct Memory）？也可能致使OOM。工具

new 過程: 尋找new 參數（須要被new的類）是否在常量池中、是否被加載、解析、初始化。性能

指針碰撞（bump the pointer）是認爲內存是規整的，使用過的內存存在於（邏輯）連續的空間，用一個指針分割可用內存和已使用內存。優化

空閒列表（free list）是用列表記錄空閒內存塊。

對象頭信息（object header）主要分兩部分，一是類元數據指針（若是棧上reference經過句柄定位對象和類型數據，則沒有類元指針），另外一部分是對象hash、gc分代年齡、鎖等自身運行時信息，若是是數組，還有數組大小信息。

分配內存、設置object header，初始化對象<init>方法

對象在內存中分3塊區域：object header, instance data, padding.

棧上reference定位對象有兩種方式，一是句柄，二是直接指針。句柄是一種間接指針，該reference指向堆中句柄池中的一個句柄，句柄中存放對象實例數據指針和類型數據指針。直接指針則存放了包含類元數據指針的對象數據指針。

句柄定位方式優點在於對象在內存中被移動時（GC時被移動是很廣泛的）棧上reference保持不變。直接指針優點是訪問快。Sun HotSpot VM採用後者定位方式。

JVM參數：

-Xss：棧大小
-Xoss: native method stack，對Hotspot VM無效（其不區分vm stack、native method stack）
-Xmx：堆最大內存量 -Xms：堆最小內存量
-XX:PermSize=10M 永久代（位於方法區中）大小
-XX:MaxPermSize=10M 永久代最大容量 jdk 1.7逐步去「永久代」，1.8徹底去除。上述vm參數無效。 jvm運行時檢測到的常常被拋出的jdk內置異常（NPE），可在其被拋出必定次數後優化其stacktrace爲空，經過jvm開關OmitStackTraceInFastThrow設置。
-XX:+OmitStackTraceInFastThrow 打開優化。
-XX:-OmitStackTraceInFastThrow 關閉優化。
-verbose:class -XX:+TraceClassLoading
-XX:+TraceClassUnLoading關於類加載、卸載信息的vm參數。

運行時JVM會對常常被拋出的JRE預約義異常進行輸出優化——將其stacktrace置爲空，減小性能損失，因此可能看到一個異常（如NPE）被拋出，但其堆棧信息爲空。

引用計數算法沒法解決循環引用問題，objA.x=objB; objB.y=objA;objA=null;objB=null; 因爲相互引用致使兩個計數都不爲0，但實際兩個都應該被GC。

可達性分析GC策略：能經過GC roots可達的對象是存活對象。 GC Roots包括如下對象：

VM棧（棧幀中本地變量表）中的引用對象
方法區中靜態對象
native方法中引用的對象

引用：強引用（Strong）、軟引用（soft）、弱引用（weak）、虛引用（phantom）。強度依次減弱。

軟引用：還有用但並不是必需。在內存不夠用（將要溢出前）纔會回收這些引用。

弱引用：弱引用不影響GC，但對象只有弱引用時會被正常GC。

虛引用：徹底不影響GC，惟一目的是在此對象被GC時能收到一條系統通知。

GC：GC roots不可達且有必要執行finalize()方法（對象重寫了finalize且沒有被vm調用過） -> 第一次標記，並放到F-Quene -> 低優先級執行F-Quene中對象的finalize（但不保證執行完該方法因其運行慢或死循環） -> finalize期間對象沒有將this指向其餘gc roots可達對象的字段：回收；不然不回收。

注：任一對象的finalize只被執行一次，即便再次面對GC。聽從建議：讓咱們忘了這個方法吧。

方法區的回收是針對無用常量和類。

GC算法：

Mark-sweep 標記清除。標記須要回收的對象，標記完後贊成清除。不足：標記和清除效率都不高；清除後產生大量零碎、不連續內存空間。
copying 複製。 Eden空間+兩塊Survivor空間。Eden:Survivor=8:1，回收eden，將其中存活對象複製到survivor空間，清除eden。缺點：若是對象存活率高，則致使過多複製而下降gc性能；因爲10%的survivor空間不能保證必定能容納全部存活對象，須要額外空間保證。
mark-compact 標記-整理。老年代中對象存活率很高，複製算法致使過多複製以及額外空間。標記-整理算法在gc時將存活對象整理到內存空間的一端連續存放，直接清理另外一端內存。
Generational Collection 分代收集。將內存分爲新生代和老年代，根據特色使用copying、mark-sweep/mark-compact算法。

GC器：

serial。單線程，新生代用copying、老年代用mark-compact算法，準備收集時會「stop the world」。
ParNew。serial的多線程版
Parallel Scavenge。新生代收集器。關注點是可控的吞吐量（user-time / (user-time + gc-time)），而CMS等GC器關注GC時致使的停頓時間。該GC器可自適應調節新生代大小（—Xmn）、eden與survivor比例（_XX:SurvivorRatio）、晉升老年代年齡（-XX:PretenureSizeThreshold）。
Serial Old。Serial的老年代版本。
Parallel Old。Parallel Scavenge的老年代版本，使用mark-compact算法。
CMS（Concurrent Mark Sweep）。併發GC、低停頓時間。 a. 初始標記（gc roots直接關聯的對象，stop the world） b. 併發標記（gc roots tracing，與用戶線程同時工做） c. 從新標記（併發標記期間產生的變更，stop the world） d. 併發清除。
G1（Garbage First）。優勢：a. 並行、併發；b. 分代收集；c. 內存碎片整理；d. 可控的停頓時間。思想：內存分爲大小相同的若干region，優先回收價值（得到的內存空間/所需時間）大的garbage。

JVM工具

jps -l 顯示jvm進程信息

jstack [-F 強制輸出堆棧； -l 鎖信息； -m native方法堆棧] pid

VisualVM(jvisualvm): btrace插件，熱機跟蹤。jvisualvm在jdk9+後再也不默認提供。

(hotspot)JVM引擎會複用局部變量表slot，對GC影響的例子以下：

// VM參數： -verbose:gc
void main(){
    {
        byte[] mem=new byte[64*1024*1024];
    }
    // int a=0; 無此代碼行時儘管mem已不能被訪問，但不會被回收，當啓用此代碼時因爲再次訪問了局部變量表，將致使$mem的內存被回收
    System.gc();  
}

方法正常完成退出、方法異常完成退出。後者須要異常處理器表幫助方法返回、繼續執行程序。

字節碼指令集

invokestatic: 調用靜態方法
invokespecial: <init>, private, 父類方法。
invokevirtual: 虛方法（除被invokestatic, invokespecial指令調用的方法即static, <init>, private, 父類方法的方法）及final方法。
invokeinterface:
invokedynamic:

非虛方法（static、<init>、private、父類方法、final方法）在類加載時便可被解析爲直接引用。final非虛方法由invokevirtual指令調用。

java是靜態多分派、動態單分派的語言。

類加載

編譯器會爲類生成<clinit>方法，接口的只有在常量初始化時纔會被生成。類<clinit>執行前必定先執行父類<clinit>，不會執行類接口的<clinit>。類只會被初始化一次，類<clinit>中（靜態初始化過程當中）應避免過長的執行時間，不然會致使阻塞與此類有關其餘線程。

類的Class<?>依賴於類加載器，不一樣類加載器加載同一份類字節碼獲得的Class<?>必定不同。兩個類的「相等」比較只有在類被同一個加載器加載的狀況下有意義（不然必定不相等），這裏的相等包括，Class<?>.equals, isAssignableFrom, inInstance, instanceof。

boostrap classloader <- ext classloader <- application classloader(system classloader) <- user classloader