深刻理解 JVM：讓你輕鬆搞定這些問題所在

一：JVM體系概述

1：JVM是運行在操做系統之上的，他與硬件沒有直接的交互。

 

二：JVM內存結構

Java虛擬機在運行時，會把內存空間分爲若干個區域。Java虛擬機所管理的內存區域分爲以下部分：方法區、堆內存、虛擬機棧、本地方法棧、程序計數器。

 

一、類裝載器ClassLoader

負責加載class文件，class文件在文件開頭有特定的文件標識，而且ClassLoader只負責class文件的加載，至於它是否能夠運行，則是由執行引擎（Execution Engine）決定。

虛擬機自帶的加載器：

啓動類加載器（Bootstrap）：由C++編寫，不是前端框架Bootstrap。

擴展類加載器（Extension）：由Java語言編寫

應用程序類加載器（App）：由Java語言編寫，也叫系統類加載器，加載當前應用的classpath的全部類。

用戶自定義加載器

Java.lang.ClassLoader的之類，用戶能夠定製的加載方式。

類加載器的雙親委派機制

某個特定的類加載器在加載類的請求時，首先將加載任務委託給父類加載器，依次遞歸，若是父類加載器能夠完成類加載任務，就成功返回；只有父類加載器沒法完成該加載任務時，才本身去加載。

沙箱機制（防止惡意代碼對java自己的破壞）

當用戶命名了和Java同樣的類時，Java會首先加載自帶的類。

二、方法區

方法區是線程共享的，一般用來保存裝載的類的元結構信息。主要用於存儲虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量，以及編譯器編譯後的代碼等數據。

在jdk1.7及其以前，方法區是堆的一個「邏輯部分」（一片連續的堆空間）。也有人用「永久代」表示方法區。

在jdk1.8中，方法區已經不存在，原方法區中存儲的類信息、編譯後的代碼數據等已經移動到了元空間（MetaSpace）中，元空間並無處於堆內存上，而是直接佔用的本地內存（NativeMemory）。

 

3：堆內存

一個JVM實例只存在一個堆內存，堆內存的大小是能夠調節的。類加載器讀取了類文件後，須要把類，方法，穿變量放到堆內存中去，

它是JVM管理的內存中最大的一塊區域，堆內存和方法區都被全部線程共享，在虛擬機啓動時建立。在垃圾收集的層面上來看，因爲如今收集器基本上都採用分代收集算法，所以堆還能夠分爲新生代（YoungGeneration）和老年代（OldGeneration），新生代還能夠分爲Eden、From Survivor、To Survivor。

JAVA1.7以下圖，但在Java1.8中，其餘基本沒變，只是將Perm變成了元空間

 

4：程序計數器

程序計數器是一塊很是小的內存空間，能夠看作是當前線程執行字節碼的行號指示器，每一個線程都有一個獨立的程序計數器，所以程序計數器是線程私有的一塊空間，此外，程序計數器是Java虛擬機規定的惟一不會發生內存溢出的區域。

5：虛擬機棧

虛擬機棧也是每一個線程私有的一塊內存空間，它描述的是方法的內存模型。

虛擬機會爲每一個線程分配一個虛擬機棧，每一個虛擬機棧中都有若干個棧幀，每一個棧幀中存儲了局部變量表、操做數棧、動態連接、返回地址等。一個棧幀就對應Java代碼中的一個方法，當線程執行到一個方法時，就表明這個方法對應的棧幀已經進入虛擬機棧而且處於棧頂的位置，每個Java方法從被調用到執行結束，就對應了一個棧幀從入棧到出棧的過程。

六、本地方法棧

虛擬機棧執行的是Java方法，本地方法棧執行的是本地方法（Native Method）,其餘基本上一致

7：元空間

上面說到，jdk1.8中，已經不存在永久代（方法區），替代它的一塊空間叫作「元空間」，和永久代相似，都是JVM規範對方法區的實現，可是元空間並不在虛擬機中，而是使用本地內存，元空間的大小僅受本地內存限制，但能夠經過-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize來指定元空間的大小。

三：垃圾回收機制

垃圾回收，就是經過垃圾收集器把內存中沒用的對象清理掉。垃圾回收涉及到的內容有：一、判斷對象是否已死；二、選擇垃圾收集算法；三、選擇垃圾收集的時間；四、選擇適當的垃圾收集器清理垃圾（已死的對象）。

1:判斷對象是否以死

判斷對象是否已死就是找出哪些對象是已經死掉的，之後不會再用到的，就像地上有廢紙、飲料瓶和百元大鈔，掃地前要先判斷出地上廢紙和飲料瓶是垃圾，百元大鈔不是垃圾。判斷對象是否已死有 引用計數算法 和 可達性分析算法。

（1）引用計數算法

給每個對象添加一個引用計數器，每當有一個地方引用它時，計數器值加1；每當有一個地方再也不引用它時，計數器值減1，這樣只要計數器的值不爲0，就說明還有地方引用它，它就不是無用的對象。以下圖，對象2有1個引用，它的引用計數器值爲1，對象1有兩個地方引用，它的引用計數器值爲2 。

這種方法看起來很是簡單，但目前許多主流的虛擬機都沒有選用這種算法來管理內存，緣由就是當某些對象之間互相引用時，沒法判斷出這些對象是否已死，以下圖，對象1和對象2都沒有被堆外的變量引用，而是被對方互相引用，這時他們雖然沒有用處了，可是引用計數器的值仍然是1，沒法判斷他們是死對象，垃圾回收器也就沒法回收。

（2）可達性分析算法

瞭解可達性分析算法以前先了解一個概念——GC Roots，垃圾收集的起點，能夠做爲GC Roots的有虛擬機棧中本地變量表中引用的對象、方法區中靜態屬性引用的對象、方法區中常量引用的對象、本地方法棧中JNI（Native方法）引用的對象。

當一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連（GC Roots到這個對象不可達）時，就說明此對象是不可用的，是死對象。以下圖：object一、object二、object三、object4和GC Roots之間有可達路徑，這些對象不會被回收，但object五、object六、object7到GC Roots之間沒有可達路徑，這些對象就被判了死刑。

（3）方法區回收

上面說的都是對堆內存中對象的判斷，方法區中主要回收的是廢棄的常量和無用的類。

判斷常量是否廢棄能夠判斷是否有地方引用這個常量，若是沒有引用則爲廢棄的常量。

判斷類是否廢棄須要同時知足以下條件：

• 該類全部的實例已經被回收（堆中不存在任何該類的實例）
• 加載該類的ClassLoader已經被回收
• 該類對應的java.lang.Class對象在任何地方沒有被引用（沒法經過反射訪問該類的方法）

二、經常使用垃圾回收算法

（1）標記-清除算法：分爲標記和清除兩個階段，首先標記出全部須要回收的對象，標記完成後統一回收全部被標記的對象，以下圖。

缺點：標記和清除兩個過程效率都不高；標記清除以後會產生大量不連續的內存碎片。

（2）複製算法：把內存分爲大小相等的兩塊，每次存儲只用其中一塊，當這一塊用完了，就把存活的對象所有複製到另外一塊上，同時把使用過的這塊內存空間所有清理掉，往復循環，以下圖。

缺點：實際可以使用的內存空間縮小爲原來的一半，比較適合。

（3）標記-整理算法：先對可用的對象進行標記，而後全部被標記的對象向一段移動，最後清除可用對象邊界之外的內存，以下圖。

（4）分代收集算法：把堆內存分爲新生代和老年代，新生代又分爲Eden區、From Survivor和To Survivor。通常新生代中的對象基本上都是朝生夕滅的，每次只有少許對象存活，所以採用複製算法，只須要複製那些少許存活的對象就能夠完成垃圾收集；老年代中的對象存活率較高，就採用標記-清除和標記-整理算法來進行回收。

三、選擇垃圾收集的時間

當程序運行時，各類數據、對象、線程、內存等都時刻在發生變化，當下達垃圾收集命令後就馬上進行收集嗎？確定不是，他們要在保證線程安全的前提下進行垃圾回收

安全點：從線程角度看，安全點能夠理解爲是在代碼執行過程當中的一些特殊位置，當線程執行到安全點的時候，說明虛擬機當前的狀態是安全的，若是有須要，能夠在這裏暫停用戶線程。當垃圾收集時，若是須要暫停當前的用戶線程，但用戶線程當時沒在安全點上，則應該等待這些線程執行到安全點再暫停。理論上，解釋器的每條字節碼的邊界上均可以放一個安全點，實際上，安全點基本上以「是否具備讓程序長時間執行的特徵」爲標準進行選定。

安全區：安全點是相對於運行中的線程來講的，對於如sleep或blocked等狀態的線程，收集器不會等待這些線程被分配CPU時間，這時候只要線程處於安全區中，就能夠算是安全的。安全區就是在一段代碼片斷中，引用關係不會發生變化，能夠看做是被擴展、拉長了的安全點。

四、常見垃圾收集器

新生代收集器： Serial 、 ParNew 、 Parallel Scavenge

老年代收集器： Serial Old 、 CMS 、 Parallel Old

堆內存垃圾收集器： G1

這些垃圾收集器一樣很重要，能夠自行百度瞭解其原理。