JVM篇1：[-結構綜述-]

Java虛擬機 (JVM--Java Virtual Machine)

前言

對java虛擬機的介紹文章多如牛毛，寫本文目的在於梳理一下，也方便之後翻來看看。  
另外網上文章的圖都挺醜的，本文90%的圖都出於在下親筆，如圖有錯誤，請指出，定當當即更正  
本文主要介紹一下Java虛擬機的抽象結構以及一些基礎的概念
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1、幾個概念簡介

1.JDK、JRE、JVM

有了JRE就能運行java程序，若是隻是運行軟件，裝個JRE就好了。
咱們通常說java8，java10都是指的JDK，是java開發者使用的工具集，是一個大的概念，下面是java8的JDK組成
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2.JDK、JRE、JVM的關係

JDK：Java 語言的軟件開發工具包(Java Development Kit)
JRE： Java運行時環境(Java Runtime Environment)
JVM： Java虛擬機(Java Virtual Machine)

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3.歷史上的java虛擬機類型

虛擬機即：模擬計算機功能,並提供統一操做接口，從而實現代碼在不一樣平臺的一致性。
從本質上來看，JVM是一個抽象接口，它有不少實現(以下)，而這些實現也只是應用程序而已。
Java發展至今JVM也有過更新迭代，也有基於不一樣場景下使用的JVM。

Sun Classic VM 第一款商用Java 虛擬機，純解釋器方式執行java代碼。（已退出歷史舞臺）
EXact VM 編譯器解釋器混合工做，很快被HotSpot VM取代（已退出歷史舞臺）
HotSpot VM 沿用至今
KVM 手機端----效率低（已退出歷史舞臺）
JRockit 專一服務端應用
J9 IBM公司
Microsoft JVM windows----平臺專用（已退出歷史舞臺）
Taobao VM 淘寶根據HotSpot VM定製
Dalvik 安卓虛擬機，寄存器架構，執行.dex文件(.class-->.dex)
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4.Java虛擬機結構

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2、Java虛擬機結構簡述

1..class文件和類加載器

1-1. .class文件

若是對class感興趣，能夠詳見官方文檔，對class文件介紹的很是細緻，之後會寫個專篇，這裏不深刻。
java第一天便知道javac命令能將.java生成.class文件，而後就上手IDE，基本也就與class文件無緣了

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1-2.類加載器子系統

關於類加載器子系統這裏展現也不深刻，只要知道考它將java字節碼文件載入JVM便可
詳見：JVM篇2：[-加載器ClassLoader-]

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2.運行時數據區

2-1. 程序計數器

當前線程私有,即每個線程都有一個，經過改變它來選取下一條須要執行的字節碼指令 
內存空間較小，JVM中惟一不會出現OutOfMemoryError狀況
若是該線程正在執行一個本地方法，那麼此時程序計數器的值是「undefined」
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2-2. Java虛擬機棧

調節參數：-Xss = 
---->[1.棧幀(StatckFrame)]-------------------------------------------
|--- 一個線程的每一個方法在執行的同時，都會建立一個棧幀。  
|--- 棧幀中存儲的有局部變量表、操做站、動態連接、方法出口等。  
|--- 當方法被調用時，棧幀入棧，當方法執行完成時，棧幀出棧。

---->[2.其餘相關]-------------------------------------------
|--- 存取的速度快，僅次於寄存器
|--- 存儲着方法的相關局部變量，包括各類基本數據類型，對象的引用，返回地址等。  
|--- 局部變量表的內存空間在編譯器完成分配，運行期不能改變其大小

---->[3.異常相關]-------------------------------------------
棧溢出：    Java虛擬機會拋出StackOverflowError
內存溢出：  建立/動態擴展時沒有足夠的內存建立對應的Java虛擬機棧，拋出OutOfMemoryError異常
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2-3. Java虛擬機棧``本地方法棧

當前線程私有,本地方法棧支持Native方法調用
HotSpot VM將本地方法棧和Java虛擬機棧合二爲一
異常狀況：StackOverflowError和OutOfMemoryError
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關於線程私有和線程間共享，詳見：Java內存模型(JMM--Java Memory Model)

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2-4.方法區

-XX:PermSize = 
-XX:MaxPermSize = 
---->[1.基本介紹]-------------------------------------------
當前線程共享區域：用於存儲已經被虛擬機加載的[類信息]（即加載類時須要加載的信息，
包括版本、field、方法、接口等信息）、final常量、靜態變量、編譯器即時編譯的代碼等。  

---->[2.運行時常量池]-------------------------------------------
|---用於存儲編譯期就生成的字面常量、符號引用、翻譯出來的直接引用  
|---存儲在運行時產生的常量（好比String類的intern方法，做用是String維護了一個常量池，若是調用的字符「abc」已經在常量池中，則返回池中的字符串地址，不然，新建一個常量加入池中，並返回地址)

[符號引用]:編碼是用字符串表示某個變量、接口的位置，直接引用就是根據符號引用翻譯出來的地址，將在類連接階段完成翻譯 

---->[3.異常相關]-------------------------------------------
異常狀況：OutOfMemoryError異常。 
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方法區、永久帶和元空間簡介

方法區(Method Area)：jvm規範裏面的運行時數據區的一個組成部分(接口層面)
永久帶(Perm)：jdk7及以前的版本含有,是方法區的具體實現。(實現層面)
元空間(Metaspace)：jdk8及以後的版本含有,是方法區的具體實現。(實現層面) # 元空間使用本地內存,不在JVM中

其實理解起來也不難:先定義和使用接口,再用具體實現完成工做。
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2-5.Java堆

Java 堆：存放對象
    |---新生代:存儲新生的對象
        |--- Eden(E區):存放JVM中剛生成的Java對象
        |--- Survivor(S區)
            |--- FromSpace (S0)
            |--- ToSpace (S1)
    |---老年代:存儲長期存活的對象
        |--- 年齡達標(新生代中GC下存活的次數)，可經過 -XX:MaxTenuringThreshold 指定
        |--- 超大對象,直接進入老年代 。 

非堆：存儲程序運行時長期存活的對象，好比類的元數據、方法、常量、屬性等。
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-XX:NewSize=        新生代大小
-XX:SurvivorRatio=  E區與兩個S區的比值 默認 8:2
-XX:NewRatio=       新生代和老年代的比值  
-XX:MaxTenuringThreshold 進入老年代年齡閥值

-Xms 初始堆大小 : 默認是物理內存的1/64
-Xmx 最大堆大小 : 默認是物理內存的1/4
-XX:PermSize= 非堆內存初始值: 默認是物理內存的1/64
-XX:MaxPermSize= 最大非堆內存: 默認是物理內存的1/4
堆大小：新生代 + 老年代 + 持久代
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3、堆與垃圾回收機制

Minor GC ： 清理新生代
Full GC  ： 清理整個堆空間
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1：MinorGC

通常新建立對象進入E區，當E區內存用完後，觸發MinorGC。
存活的對象最終進入SurvivorFrom
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2.Survivor的兩個區域From和To

1.當E區再度裝滿
2.觸發MinorGC回收
3.存活的對象(包括From中)複製存放入To
4.To和From調換名稱
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3.幾個小問題:

[1].爲何要分新生代和老年代?
|--- 對象的生存情況不一樣,使用不一樣的回收算法，優化GC性能
|--- 在新生代對象可能被頻繁建立或銷燬(朝生夕死),老年代對象回收較少

[2].Survivor區存在的意義? 
提升對象進入老年代的門檻,減小FullGC 的次數(FullGC很耗時)

[3].S0和S1有什麼做用?  
避免Survivor區空間的碎片化
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4、垃圾回收算法

垃圾對象的斷定
    |---引用計數法
    |---可達性分析
回收算法
    |---標記清除
    |---複製
    |---標記整理
    |---分代收集
垃圾回收器：
    |---Serial
    |---Parnew
    |---CMS
    |---G1
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1.垃圾對象的斷定

1-1.引用計數法

在對象中添加引用計數器，當該對象被引用時，引用計數器+1，引用失效時，計數器-1
對象循環引用會失效
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1-1.可達性分析

Java中GC Root包括:

[1].虛擬機棧中的引用的對象。
[2].方法區中的類靜態屬性引用的對象。
[3].方法區中的常量引用的對象。
[4].本地方法棧（jni）即通常說的Native的引用對象。
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一個對象和GC Root之間沒有連接，那麼該對象可回收
好比ObjC和ObjB之間的鏈接斷開,橙色區域的對象可回收

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2.回收算法

2-1: 標記-清除(Mark-Sweep)

---->[方式]----------------------------------
[1].標記出全部須要存活的對象
[2].標記完成以後統一回收掉未被標記的對象。

---->[缺點]----------------------------------
[1].標記和清除效率都不高。
[2].會產生大量的不連續的內存碎片。
大量空間碎片的缺點:當程序須要爲較大對象分配內存時,沒法找到足夠的連續內存而出發GC。
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2-2:標記-整理(Mark-Compact)

---->[方式]----------------------------------
[1].標記出全部存活的對象
[2].讓全部存活的對象都向一端移動,在移動過程當中清理掉未標記的對象

---->[優劣]----------------------------------
優：不會產生大量不連續內存碎片問題
劣：要執行較多的複製操做，效率將會變低,不適合存活率高的狀況
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2-3: 複製算法(Copy)

---->[方式]----------------------------------
[1].將可用內存按容量分紅大小相等的兩塊，每次只使用其中一塊。
[2].回收時,將內存中存活的對象複製到另外一塊內存,而後清理掉該內存空間

---->[優劣]----------------------------------
優：無空間碎片，實現簡單，運行高效
劣：可以使用的內存降爲原來一半
複製代碼

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2-4：分代收集

這不是什麼算法，而是根據不一樣的代來使用什麼時候的算法

新生代:可回收對象較多，回收率大。
    |--- 複製算法，高效，無碎片，從E區到S區。
老年代:可回收對象少,回收率低。
    |--- 標記-整理算法,無碎片。
複製代碼

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3.垃圾回收器簡介

---->[新生代回收器：minor GC]----------------------------
[1].Serial（串行GC）-複製
[2].ParNew（並行GC）-複製
[3].Parallel Scavenge（並行回收GC）-複製

---->[老年代回收器：full GC]----------------------------
[4].Serial Old（MSC）（串行GC）-標記-整理
[5].CMS（併發GC）-標記-清除
[6].Parallel Old（並行GC）--標記-整理

---->[G1獨立完成]-------------------------------
[7].G1（JDK1.7+）
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好了，綜述就到這裏，具體詳情可見接下來的各篇專題。