JVM加强

目录

JVM运行时的数据区（内存结构）：

线程独享：

线程共享：

什么时候会内存溢出

JVM有哪些垃圾回收算法

GC如何判断对象可以被回收

典型的垃圾回收器

CMS：

G1：

类加载器和双亲委派机制：

类加载器

双亲委派机制

JVM中有哪些引用

虚引用

类加载的过程

JVM类初始化的顺序

对象的创建过程

对象头中有哪些信息

JVM的内存参数

GC的回收机制与原理

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JVM运行时的数据区（内存结构）：

线程独享：

• 虚拟机栈：每次调用方法时都会在虚拟机栈中产生一个栈帧，每个栈帧中都有方法对应的参数、局部变量、方法出口等信息，方法执行完毕后释放栈帧。
• 本地方法栈：为native修饰的本地方法提供的空间，在HotSpot中与虚拟机合二为一。
• 程序计数器：保存指令执行的地址，方便线程切回后能够继续执行代码

线程共享：

• 堆内存：jvm进行垃圾回收的主要区域，存放对象相关信息，分为了新生代和老年代，内存比例一般为1:2，新生代的Eden区域内存不够的时候发生Minor GC，老年代内存不够的时候发生Full GC
• 方法区：存放有关类的信息。存放类信息、静态变量、常量、运行时常量池等信息。JDK1.8之前用永久代实现，JDK1.8之后采用元空间实现，元空间使用的是本地内存，而非存放在JVM结构当中

什么时候会内存溢出

堆内存溢出：

1. 对象一直创建而不被回收的时候
2. 加载的类越来越多的时候
3. 虚拟机栈的线程越来越多的时候（如果应用程序创建了过多的线程，并且每个线程都创建了大量的对象，堆内存的使用量就会增加。）

栈溢出：

1. 方法调用次数太多，一般为递归调用不当造成

JVM有哪些垃圾回收算法

标记清除算法：标记不需要回收的对象（首先会进行标记阶段。从根对象（如全局变量、栈中的引用等）开始，通过可达性分析或其他方式，遍历对象图谱，将所有与根对象可达的对象标记为存活对象），然后清除没有标记的对象，这种方式会造成许多内存碎片。

复制算法：将内存将内存分为两块，只使用一块，进行垃圾回收的时候，先将存活的对象复杂到另一块区域，然后在清空之前的区域。（新生代中的from区和to区用的就是类似这种算法）

标记整理算法：与标记清除算法类似，但是在标记之后，将存活的对象向一方移动，然后清除边界外的垃圾对象。应用于老年代的垃圾回收

GC如何判断对象可以被回收

引用计数法：为每个对象添加引用计数器，当引用个数为0的时候判定为可以被回收，但存在有两个对象相互引用导致无法回收的问题

可达性分析算法：从GCRoots开始向下搜索，搜索过的路径称为引用链，对于GCRoots没有任何引用的对象，则判定可以被回收

什么是GCRoots：

在Java中，以下几种情况可以被定义为GCRoots：

1. 栈中的引用：包括局部变量、方法参数和操作数栈中的引用。
2. 静态变量：属于类的静态字段，因为它们始终存在于内存中。
3. JNI（Java Native Interface）引用：JNI是Java与本地代码交互的机制，JNI引用指向在本地代码中创建的Java对象。
4. 虚拟机内部的引用：包括虚拟机常量引用和系统类加载器等特殊类的引用。
5. 线程相关引用：例如当前活动线程的引用或线程的任务队列中的引用。

典型的垃圾回收器

CMS：

以最小的停顿时间为目标，只运行在老年代的垃圾回收器，使用标记清除算法，可以并发收集（标记和清除阶段）。

CMS回收器采用了一种并发标记清除算法，具有以下几个主要特点：

1. 并发：CMS回收器的标记和清除阶段是与应用程序线程并发执行的。它尽量减少垃圾收集期间的停顿时间，以提供更好的响应性能。在标记阶段，由于与应用程序线程同时运行，可以减少暂停时间。
2. 低停顿：CMS回收器的主要目标是减少应用程序的停顿时间。通过在标记和清除阶段的并发执行，可以避免全局停顿。但为了达到低停顿的效果，CMS回收器会牺牲一部分吞吐量。
3. 分代收集：CMS回收器主要关注老年代的回收，因为老年代通常包含更多的存活对象。对于新生代，CMS回收器通常与其他回收器（如Serial或ParNew）结合使用。
4. 标记-清除算法：CMS回收器采用标记-清除算法，首先进行并发标记，然后进行并发清除。标记过程中使用“标记”位来标记存活对象，而清除阶段会清除所有未被标记的对象，释放内存空间。
5. 空间碎片：CMS回收器在并发清除阶段不会移动对象，这可能导致内存碎片的产生。为了解决内存碎片问题，CMS回收器提供了“空闲列表”来尽量利用连续的内存空间。

        需要注意的是，CMS回收器适用于具有大内存、长时间运行的应用程序，并且强调减少停顿时间。但由于并发执行和空间碎片的特点，它可能会导致一些额外的CPU开销，并且在极端情况下可能会触发Full GC。

G1：

JDK1.9之后的默认的垃圾回收器，注重响应速度，支持并发，采用标记整理+复制算法回收内存，使用可达性分析判断对象是否应该被回收。

G1回收器具有以下几个主要特点：

1. 区域化的堆布局：与传统的分代堆模型不同，G1将堆划分为多个大小相等的区域。每个区域可以是Eden、Survivor、Old或Huge Region之一。这种区域化的布局有助于对垃圾回收的控制和优化。
2. 并发标记：G1回收器使用并发标记算法来标记存活对象。在标记阶段，应用程序线程与垃圾收集线程并发执行，从而减少了停顿时间。
3. 多线程并行处理：G1回收器在标记和清除阶段使用多个线程来并行处理垃圾回收任务，以提高回收效率。
4. 基于回收价值的优先级：G1回收器根据每个区域内的回收价值来选择优先回收的区域，这样可以优先回收那些包含大量垃圾的区域，从而提高回收效率。
5. 整理空闲：G1回收器在执行垃圾回收时会进行部分或完全的内存整理，以减少内存碎片，提高内存使用效率。
6. 可预测的停顿时间：G1回收器通过将回收任务划分为多个短暂的回收周期来控制停顿时间。用户可以通过配置参数来指定期望的最大停顿时间，G1回收器会尽量在这个时间范围内完成垃圾回收。

        G1回收器适用于具有大内存、需要低延迟和可预测停顿时间的应用程序。相对于CMS回收器，G1回收器提供了更好的吞吐量和停顿时间控制。但与此同时，它也引入了一些额外的开销，如内存开销、CPU开销和GC负载。

类加载器和双亲委派机制：

类加载器

        类加载器负责从文件系统、网络或其他来源加载类的字节码，并将其转换为JVM可以理解的格式。JVM支持多个类加载器，每个加载器都负责加载特定类型的类。

从父加载器到子类加载器分别为：

BootStrapClassLoader（启动类加载器）         加载路径——JAVA_HOME/jre/lib

ExtensionClassLoader（扩展类加载器）         加载路径——JAVA_HOME/jre/lib/ext

ApplicationClassLoader （应用程序类加载器）       加载路径——classPath

双亲委派机制

        双亲委派机制是类加载器的一种工作方式，它通过层级关系进行加载类的过程。当一个类加载器需要加载一个类时，它首先将这个任务委派给它的父类加载器，父类加载器再将任务委派给它的父类加载器，直至最终委派给顶层的启动类加载器。只有当父类加载器无法加载这个类时，子加载器才会尝试自己加载。

优势

1. 安全性： 假设有一个恶意代码想要替换Java核心API类中的某个类，比如java.lang.String。由于双亲委派机制的存在，该加载请求会首先被委派给启动类加载器进行处理。启动类加载器负责加载核心Java API，并将其保护起来，以防止被篡改或替换。因此，即使存在恶意代码尝试加载java.lang.String类，由于该类已由启动类加载器加载，恶意代码的加载请求将被拒绝。

2. 避免重复加载： 假设我们有两个不同的类加载器，分别是ClassloaderA和ClassloaderB，它们都可以加载同一个类com.example.MyClass。如果没有双亲委派机制，当需要加载com.example.MyClass时，ClassloaderA和ClassloaderB可能会分别加载自己的版本，导致在JVM中存在多个com.example.MyClass类的副本，可能会引发类冲突和不一致的问题。而通过双亲委派机制，当ClassloaderA和ClassloaderB都遵循委派机制，它们都会将加载请求委派给父类加载器，最终由启动类加载器加载该类。这样，只有一个版本的com.example.MyClass类会被加载，避免了重复加载和冲突。

3. 存在性检查： 当一个类加载器需要加载某个类时，它会先询问父类加载器是否已经加载过该类。如果父类加载器已经加载了该类，那么子类加载器就无需再次加载，直接使用父类加载器加载的类。这样做可以提高加载效率，避免不必要的重复加载操作。例如，当一个应用程序使用Class.forName("com.example.MyClass")动态加载某个类时，首先会询问应用程序类加载器（Application Class Loader）是否已经加载了该类。如果已经加载，则可以直接使用，而不需要再次加载。

JVM中有哪些引用

        在JVM（Java虚拟机）中，引用是指对对象的间接访问。引用允许我们操作和处理对象，而无需直接访问对象本身。引用是一种对内存中对象的标识，通过引用可以定位和操作存储在堆中的对象。

        引用在Java中有不同的类型，包括强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）和虚引用（Phantom Reference）。它们的主要区别在于对垃圾回收的影响和生命周期的长短。

1. 强引用：new的对象。哪怕内存溢出也不会回收
2. 软引用：只有内存不足时才会回收
3. 弱引用：每次垃圾回收都会回收
4. 虚引用：必须配合引用队列使用，一般用于追踪垃圾回收动作、

虚引用

当一个对象只有虚引用指向它时，无论何时垃圾回收器决定回收该对象，它都可以立即进行回收。在回收对象之前，垃圾回收器会将这个对象放入一个特殊的引用队列中。

使用虚引用的好处是，我们可以通过检查引用队列来确定哪些对象已经被回收。这样，我们可以在对象被回收时采取一些额外的操作或记录。例如，我们可以在对象被回收时进行资源清理或日志记录。

要注意的是，虚引用本身并不能保持对象的存活，也不能通过虚引用来访问对象。它仅仅是在对象被回收前提供了一个通知的机制，以便我们可以观察和处理对象的回收过程。

所以，虚引用的主要作用是帮助开发者了解对象的回收情况，并在需要时执行一些附加的操作。

 

类加载的过程

（1）加载：将字节码通过二进制的形式转化到方法区中的运行数据区当中。

（2）连接：

• 验证：验证字节码文件的正确性
• 准备：正式为类变量在方法区中分配内存，并设置默认的初始值，final类型的变量是在编译时就赋值
• 解析：将常量池中的符号引用（如类的全限定名）解析为直接引用（类再实际内存中的地址）

（3）初始化：执行类构造器（不是常规的那种类的构造方法），为静态变量赋初值并初始化静态代码块。

JVM类初始化的顺序

父类静态代码块和静态成员变量-》

子类静态代码块和静态成员变量-》

父类代码块和普通成员变量-》

子类代码块和普通成员变量-》

子类构造方法

对象的创建过程

（1）检查类是否被加载，如果没加载就先加载类

（2）为对象在堆中分配内存，使用CAS方式分配，防止在为A进行内存分配的时候，执行当前地址的指针还没有来得及修改，对象B就拿来分配内存（让A分配完了再让B分配）

（3）初始化，将对象中的属性都分配为0值或者为null

（4）设置对象头

（5）为属性赋值和执行构造方法

对象头中有哪些信息

1.Markword

• 锁信息
• hashcode
• GC标记

2.类指针KlassPointer

JVM的内存参数

-Xmx[]:堆空间最大内存

-Xms[]:堆空间最小内存，一般设置成跟堆空间最大内存一样的

-Xmn[]:新生代的最大内存

-xx:[survivorRatio=3]:Eden区与from+to区的比例为3：1，默认为4：1

-xx[use 垃圾回收器名称]：指定垃圾回收器

-xss:设置单个线程栈大小

一般设堆空间为最大可用物理地址的百分之80
 

GC的回收机制与原理

        GC的目的实现内存的自动释放，使用可达性分析算法判断对象是否可被回收，采用了分代回收的思想，将堆分为了新生代、老年代；新生代中采取了复制算法，老年代中采用了标记整理算法，当新生代内存不够的时候发生Minor GC，老年代内存不够的时候发生Full GC