深刻理解jvm虛擬機一

JVM

Java與Jvm的關係似魚和水，而開發者與Jvm的關係似情侶相愛相殺。愛它不用像C、C++擺弄指針,把內存控制的權利交給它,恨它一旦出現內存泄漏和溢出方面的問題，若是不理解它的話，無從下手，更別談優化了。

Jvm基本概念

JVM及Java虛擬機，是可運行Java代碼的假象計算機，Jvm是運行在操做系統之上的，它與硬件沒有直接交互。

運行過程

咱們都知道Java源文件，經過編譯器，可以生成相應的.class文件，也就是字節碼文件，而字節碼文件又能經過jvm的解釋器，編譯成機器上的機器碼，大概流程以下：Java源文件—>編譯器—>字節碼文件—>jvm—>機器碼，雖然每一個平臺的解釋器不一樣，可是虛擬機是相同的，這也就是爲何java是跨平臺的。

內存區域

Jvm把Java程序運行時的內存劃分爲不一樣的數據區域，如圖所示：

jvm內存區域主要分爲 線程私有（程序計數器、虛擬機棧、本地方法棧）、線程共享（堆、方法區）、直接內存，線程私有的生命週期與線程相同，依賴用戶線程的啓動/結束而建立/銷燬，線程共享隨虛擬機開啓/關閉而建立/銷燬。直接內存並非jvm運行時數據區的一部分，在 JDK 1.4 引入的 NIO 提供了基於 Channel 與 Buffer 的 IO 方式， 它可使用 Native 函數庫直接分配堆外內存，而後使用DirectByteBuffer 對象做爲這塊內存的引用進行操做，這樣就避免了在 Java堆和 Native 堆中來回複製數據，所以在一些場景中能夠顯著提升性能。

程序計數器

一塊較小的內存空間，是當前線程所執行到的字節碼的行號指令器，每一個線程都是獨立運行的，若是正在執行的是Java方法，則記錄的是正在執行的虛擬機字節碼行號，若是是native方法，則爲空，此區域也是惟一一個在虛擬機中沒有規定任何 OOM 狀況的區域。

虛擬機棧

生命週期與線程相同，是描述Java方法執行的內存模型，每一個方法在執行的時候都會建立一個棧針，用於存放局部變量表、操做數棧、動態連接、方法出口等信息。每個方法從調用直至執行結束對應棧針在虛擬機中的入棧和出棧。若是虛擬機棧請求棧深度大於虛擬機所容許的深度，將拋出StrakOverflowError異常；若是擴展時沒法申請到足夠的內存，將拋出OOM異常，能夠經過xss參數來調節大小，默認1M。

本地方法棧

與虛擬機中做用類似，區別是虛擬機棧爲Java方法服務的，而本地方法棧是爲native服務的，它也會拋出同虛擬機棧同樣的異常。

堆

是用來存放被建立的對象、數組，也是垃圾回收器進行垃圾回收的主要內存區域，能夠經過xms、xmx來設置初始化堆大小、最大堆大小，默認是最小1/64，最大1/4。因爲現代的垃圾回收器都是採用分代回收，所以堆從GC的角度還能夠細分爲：新生代（Eden區、From Survivor區、To Survivor區）和老年代。

方法區/永久代

用來存放被Jvm加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼數據，HotSpot VM把GC分代收集擴展至方法區， 即便用Java堆的永久代來實現方法區， 這樣 HotSpot 的垃圾收集器就能夠像管理 Java 堆同樣管理這部份內存，而沒必要爲方法區開發專門的內存管理器(永久帶的內存回收的主要目標是針對常量池的回收和類型的卸載，所以收益通常很小)，經過設置PermSize和MaxPermSize設置初始化和最大上限（1.7之前）。

1.8元數據區

在Jdk1.8取消了永久代，不在使用虛擬機內的永久代而是改用本地內存——元數據區（Metaspace），經過MetaspaceSize和MaxMetaspaceSize來設置初始化和最大上限。至於爲何不使用，理由以下： 1. 永久代調優很難，會爲 GC 帶來沒必要要的複雜度，而且回收效率偏低。 2. 字符串存在永久代中，容易出現性能問題和內存溢出。 3. 類及方法的信息等比較難肯定其大小，所以對於永久代的大小指定比較困難，過小容易出現永久代溢出，太大則容易致使老年代溢出。 4. Oracle 可能會將HotSpot 與 JRockit 合二爲一。

回收與收集

兩大回收

在堆裏幾乎存放了全部的實例，垃圾回收前，須要判斷哪些對象「活着」，哪些對象「死去」。

引用計數法

在java中引用和對象是有關聯的，若是操做對象就必須用引用來進行。所以經過引用計數法來判斷一個對象是否能夠被回收，被引用則計數器+1，引用失效則計數器-1，直到引用計數爲0，這是基本的也是比較高效的，可是沒法避免相互引用。

可達性分析

爲了不相互引用問題，Java使用的可達性分析的方法，經過「GC roots」對象做爲起點搜索，若是沒有可達路徑，則該對象不可達，能夠被回收。即便這樣，也不是說必須回收，若是該對象覆蓋了finalize()方法，從新引用對象能夠進行自救，只會自救一次。由於這個方法對運行代價高，不穩定性，所以也不推薦使用。在Java中GC roots對象包括下面四種： 1. 虛擬機棧(棧針中變量表)引用的對象 2. 本地方法棧(JNI)引用的對象 3. 方法區中類靜態屬性引用的對象 4. 方法區中常量引用的對象

四大引用

不管是引用計數法仍是可達性分析，都與Java中引用有關。

強引用

Java中常見的引用，Object obj=new Object，即便虛擬機拋出OOM（內存溢出）也不會釋放這部分引用，這部分容易形成內存泄漏。

軟引用

須要用SoftReference類實現，描述一些還有用但非必需的對象，當系統內存足夠時，是不會回收這部分資源，只有在系統內存不夠時，這部分則會被回收。

弱引用

須要用WeakReference類實現，它比軟引用存活時間更短，它的生命週期只存活在下一次垃圾回收以前。

虛引用

須要 PhantomReference 類來實現，隨時被回收，它不能單獨使用，必須和引用隊列聯合使用，虛引用的主要做用是跟蹤對象被垃圾回收的狀態。

回收算法

標記-清除（Mark-Sweep）

最基本的垃圾回收算法，分爲兩個階段：標記、清除。標記能夠被回收的對象，清除全部被標記的對象。 缺點：空間碎片化嚴重，標記清除，效率都不高。

複製（Copying）

爲了解決碎片化問題，按內存容量一分爲二，每次只用其中的一塊，當一塊存滿時候，把存活的對象複製到另一塊上，把已使用的內存塊清除。 缺點：內存使用率低。

標記-整理（Mark-Compact）

結合以上兩個算法，標記相似於Mark-Sweep，標記後不是清理對象，而是把存活的對象移向內存的一端，把端之外的對象清除。

分代算法

分代算法是目前大多數JVM使用的回收算法，根據對象存活的不一樣生命週期來劃份內存區域，通常化爲老年代和新生代，老年代特色每次垃圾回收只有少許對象被回收，新生代特色每次垃圾回收都會有大量對象被回收，這樣就能夠根據不一樣區域來選擇不一樣的回收算法。

新生代

目前大多數JVM新生代都是採用複製算法，由於新生代須要回收大部分對象，並非按照1:1來劃分新生代，而是劃分爲一塊較大的Eden空間和兩個較小的Survivor空間（from ，to），每次都使用Eden和一部分Survivor區域，當進行回收時，把存活的對象複製到另外一塊Survivor空間，經過xmn調整新生代大小。

對象優先分配在新生代，大對象直接則進入老年代（設置-xx:PretenureSizeThreshold參數），長期存活的對象進入老年代(設置-xx:MaxTenuringThreshold，默認15次)，爲了更加適應程序的內存狀態，並非要求年齡必須到15纔會進入老年代，若是在Survivor空間中全部對象大小的總和大於Survivor空間的一半，年齡大於或等於該年齡的對象也能夠直接進入老年代。

老年代

老年代存放生命週期比較長的，對象相對穩定，因此採用標記清除或者整理。 Minor GC：當新生代內存不足，回收新生代（Ende區和兩個Survivor）內存。 Major GC：清理老年代，通常伴隨着一次Minor，效率比Minor要慢。 Full GC：清理整個堆空間，通常調優也就是堆fullGC進行優化，由於它會中止操做，單一線程進行GC。