前言
其實有很多Android開發(fā)者不明白老赤，為什么我們需要去學(xué)習(xí)jvm，在我們實際的開發(fā)工作中哪些地方用到了這方面的知識制市，或者學(xué)完這些知識我們在哪些地方能用到抬旺。我相信這是困擾很多普通android開發(fā)者的一個問題。今天我將通過這篇文章帶領(lǐng)大家去學(xué)習(xí)jvm息堂，同時通過知識點的講解來告訴大家主要學(xué)習(xí)jvm有什么用嚷狞。
一、JVM的內(nèi)存布局圖
主要組成：
從上圖我們能很清楚的看到荣堰，JVM主要包含兩個子系統(tǒng)和兩個組件
兩個子系統(tǒng)：（1）類裝載子系統(tǒng)床未。（2）執(zhí)行引擎
兩個組件：（1）運行時數(shù)據(jù)區(qū)。（2）本地接口
（1）類裝載子系統(tǒng)：它的主要作用是根據(jù)全限定名類名（如：java.lang.object）來裝載到運行時數(shù)據(jù)區(qū)中振坚。
（2）執(zhí)行引擎：執(zhí)行classes中的指令
（3）運行時數(shù)據(jù)區(qū)域：這就是我們常說的JVM的內(nèi)存（這里也是我們后面需要講的重點部分）
（4）本地接口：與native libraries交互薇搁，是其他編程語言交互的接口。
二渡八、內(nèi)存模型的工作機制
如上圖所示：
1啃洋、首先是利用開發(fā)工具編寫得到Java源碼，也就是我們的.java文件
2屎鳍、再利用Java源碼編譯器宏娄，將java文件轉(zhuǎn)變成.class 文件
3、最后通過類裝載子系統(tǒng)講.class文件逮壁，裝載到運行時數(shù)據(jù)去中去孵坚。
所以接下來我們講重點講解我們的jvm運行時數(shù)據(jù)區(qū)。
三窥淆、JVM運行時數(shù)據(jù)區(qū)
JVM運行時數(shù)據(jù)區(qū)主要分為兩個部分：
1卖宠、線程共享區(qū)
2、線程私有區(qū)
線程共享區(qū)分為：方法區(qū)忧饭、堆
線程私有區(qū)分為：虛擬機棧扛伍、本地方法棧、程序計數(shù)器
這里有一個要注意的點：JDK 1.8之后（包括1.8）將線程共享區(qū)中的方法區(qū)改成了元空間词裤，并放入直接內(nèi)存中
下面會逐一為大家講解刺洒，每個區(qū)中的每部分都有神馬作用，并在其中穿插講解部分面試問題吼砂。
1作媚、程序計數(shù)器
程序計數(shù)器主要有兩個作用：
（1）字節(jié)碼解釋器通過改變程序計數(shù)器來依次讀取指令，從而實現(xiàn)代碼劉的控制帅刊。
（2）在多線程的情況下纸泡，程序計數(shù)器勇于記錄當(dāng)前線程執(zhí)行的位置，從而當(dāng)線程被切回來的時候赖瞒，能夠知道該線程上次運行到哪了女揭。
這里給大家解釋一下上面兩個是什么意思，如下圖：
如上圖：當(dāng)系統(tǒng)空出了1微妙栏饮，1微妙被分成很多個時間片段吧兔。這時候有兩個線程，線程1和線程2會去爭奪這個時間資源袍嬉，如果第一個時間片被線程1搶占之后境蔼，在第一個時間片的時間內(nèi)灶平，線程1執(zhí)行到了如果A點。這時候還沒執(zhí)行完箍土。第二個時間片被線程2搶到了逢享。這時候系統(tǒng)回去執(zhí)行線程2的程序指令，當(dāng)?shù)谌齻€時間片被線程1搶到之后吴藻，線程1不會從開始的地方執(zhí)行瞒爬，而是從A（即上次執(zhí)行到的地方）去執(zhí)行。所以這里就用到了程序計數(shù)器沟堡，相當(dāng)于確認代碼執(zhí)行位置的指示器侧但。上圖的流程也被稱為：時間片輪轉(zhuǎn)機制。
這里要注意航罗，程序計數(shù)器是在多線程的情況下去干事情的禀横。
注意：程序計數(shù)器是唯一一個不會出現(xiàn) OutOfMemoryError 的內(nèi)存區(qū)域，它的生命周期隨著線程的創(chuàng)建而創(chuàng)建粥血，隨著線程的結(jié)束而死亡燕侠。
2、虛擬機棧
在上面我們講過立莉，虛擬機棧這個是屬于線程私有區(qū)绢彤，所以這里我們需要了解，每個線程所包含的內(nèi)容蜓耻，如下圖：
從上圖我們可以看出：
1茫舶、虛擬機棧是線程私有的。
2刹淌、在線程中對應(yīng)的有幾個方法饶氏，就有幾個方法棧
3、每個方法棧幀中有勾，都有對應(yīng)的局部變量表疹启，操作數(shù)棧，動態(tài)了解蔼卡，以及方法出口
第一個線程私有的這個就不用解釋了喊崖，第二個就很好的解釋了為什么遞歸會出現(xiàn)OutOfMemoryError，因為在一個線程中如果循環(huán)的去執(zhí)行方法雇逞，每個方法都會去虛擬機棧中開辟一定的空間荤懂，如果方法一直進棧而不出棧，如果當(dāng)虛擬機棧中的空間無法在被申請（也就是滿了）那么就會出現(xiàn)：OutOfMemoryError
第三個當(dāng)我們執(zhí)行一個方法的時候塘砸，如下：
左側(cè)java代碼节仿，右側(cè)為字節(jié)碼。我們在分析虛擬機工作的時候掉蔬，我們做好還是從右邊字節(jié)碼分析廊宪。
首先在操作數(shù)棧中開辟一個空間存放常量1（a在操作數(shù)棧中入棧）矾瘾，讓后將常量1 放入到局部變量表中（a在操作舒展中出棧，在局部變量表中入棧）箭启，常量2 如常量1一樣壕翩。
左邊第55行開始：從剛剛?cè)霔５骄植孔兞勘淼某Ａ?和常量2分別入棧到操作數(shù)棧，然后做ADD加法册烈；開辟操作舒椄昶茫控件存放計算的結(jié)果3婿禽，再將計算結(jié)果3放入到局部變量表中入棧赏僧。最后通過方法出口，講結(jié)果3從局部變量表中出站扭倾。
從上面的學(xué)習(xí)中我們要注意：在虛擬機棧中一般會出現(xiàn)兩種錯誤：StackOverFlowError淀零、OutOfMemoryError，其中OutOfMemoryError這個上面已經(jīng)講過了膛壹。StackOverFlowError出現(xiàn)主要是驾中，Java 虛擬機棧的內(nèi)存大小不允許動態(tài)擴展，當(dāng)線程請求棧的深度超過當(dāng)前 Java 虛擬機棧的最大深度的時候模聋，就拋出 StackOverFlowError 錯誤肩民。
3、本地方法棧
其實是在講虛擬機棧的時候链方，第二張圖已經(jīng)講本地方法棧講過了持痰。其實本地房發(fā)展和虛擬機棧所發(fā)揮的作用非常相似，區(qū)別是：虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行 Java 方法 （也就是字節(jié)碼祟蚀，如上圖）服務(wù)工窍，而本地方法棧則為虛擬機使用到的 Native 方法服務(wù)。
4前酿、線程私有---堆
上面主要講了Java虛擬機運行時區(qū)域中的線程私有部分患雏，下面我們將展開對線程公共部分的講解，也就是我們的堆和方法區(qū)罢维，以及垃圾回收機制淹仑，性能調(diào)優(yōu)等。
其實在java虛擬機中堆才是虛擬機所管理的內(nèi)存中最大一塊肺孵，并且線程共享攻人。這個內(nèi)存區(qū)域主要是用來存放對象實例（注意這里是實例，不是引用）幾乎所有的對象實例以及數(shù)組都是在這里分配的內(nèi)存悬槽。
堆也是垃圾回收器管理的主要區(qū)域怀吻，又稱為GC 堆（Garbage Collected Heap）。
從上圖可以看出初婆，堆的內(nèi)存劃分蓬坡，主要分為：年輕代和老年代（這里還有個永久代沒有畫出）猿棉。很多小伙伴會疑問為什么要這么劃分，主要是java虛擬機根據(jù)對象存活的周期不同來劃分的屑咳。因為堆內(nèi)存是垃圾回收最頻繁的一塊區(qū)域萨赁，如果不進行區(qū)域劃分，那么新的對象和生命周期長的對象都放在一起兆龙，那么堆內(nèi)存每次進行頻繁的垃圾回收的時候杖爽，都需要遍歷所有的對象，那么這個將會耗費大量的時間紫皇，會影響我們的GC效率慰安。總結(jié)一句分區(qū)是為了提高GC效率聪铺。
1化焕、年輕代
年輕代也是mirror gc 區(qū)域，年輕代主要分為：Eden,Survivor（From,To）
新生的對象有限放在新生代中（這里指得是新生的小對象铃剔，如果是大對象會直接放入老年代）,新生的對象生命周期比較短暫撒桨，存活率很低，常規(guī)的應(yīng)用在進行一次垃圾回收的時候，會回收70%~95%的空間。
1.1 年輕代MirrorGC流程：
在了解年輕代的MirrorGC流程之前破喻，我們先來了解對象的組成部分煌张，為什么要先了解這部分，因為我們MirrorGc在回收的過程中和對象是息息相關(guān)的。
從上圖可以看出，一個普通對象主要包括以下部分：
對象頭：對象頭主要由Markword，和class pointer組成茎截，markword 主要是用來存放對象的hashCode,鎖信息或者分代年齡GC等標志信息。
實例數(shù)據(jù)：存放類的屬性數(shù)據(jù)信息赶盔，如果有數(shù)組實例則還需要包括數(shù)組的長度企锌，以及4自己的對齊。
對齊：由于虛擬機要求對象的其實地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍于未。（注意這個對齊數(shù)據(jù)不是必須存在的撕攒，如果你的數(shù)據(jù)剛剛好是8字節(jié)的整數(shù)倍，那就不需要對齊操作了）
補充一點為什么要這個對齊操作：為了提高對象的訪問效率烘浦。
GC流程：對象（這里指的是小對象抖坪，上面說了大對象直接去老年代了）new出來首先先去Eden區(qū)，當(dāng)Eden區(qū)放滿之后闷叉，系統(tǒng)會開啟GC進程（這里指的是Mirror GC）去分析年輕代（Eden擦俐、From、To）握侧，回收可回收的對象蚯瞧，不能回收的移動到To 區(qū)嘿期，同時在對象頭中標記（上面說了對象頭的markword 存放了GC標記信息。）如果下次Eden區(qū)又放滿了埋合，同樣GC掃描备徐，能回收的回收，不能回收的則放入From區(qū)甚颂，以此類推蜜猾，所以總是（Eden +To）和 (Eden+From) 來回數(shù)據(jù)改變，同時改變對象頭振诬。當(dāng)對象頭中的信息到達6歲（并發(fā)的伐值蹭睡，并行是15歲，因為對象頭age只占4個字節(jié)）贷揽，則到老年代中去棠笑。如果老年代中的數(shù)據(jù)也滿了的話梦碗，那么系統(tǒng)會啟動GC進程（這里是Full GC）禽绪。Full GC 會去掃描整個堆內(nèi)存區(qū)，把能回收的都回收掉洪规，這里注意CMS收集器在運行的時候印屁，會消耗時間并停止所有線程，所以要盡可能的減少Full GC斩例，所以調(diào)優(yōu)主要就是調(diào)其它區(qū)的大小雄人，減少GC的可能。
注意：堆區(qū)用來存對象念赶，棧區(qū)用來存函數(shù)進行中的變量础钠，棧中存的對象，實際上是對對象的引用叉谜。
從上面我們會延伸兩個問題：1旗吁、什么是CMS收集器 ？2停局、GC的回收策略是什么很钓？下面我們一一展開。
5董栽、GC如何回收
1）標記清除算法：
該算法分為兩個階段码倦，標記、和清除階段：首先比較出所有需要回收的對象打上標記锭碳，在標記完成后統(tǒng)一對有標記過進行回收袁稽，這個是最基礎(chǔ)的算法，如下圖：
從上圖我們能看出：整理之后會產(chǎn)生大量的內(nèi)存碎片擒抛。
還有一個問題就是：效率問題推汽。這種清除方式效率不高蝗柔，為了解決效率問題推出了復(fù)制清除法。
2）復(fù)制算法
為了解決效率問題民泵，“復(fù)制”收集算法出現(xiàn)了癣丧。它可以將內(nèi)存分為大小相同的兩塊，每次使用其中的一塊栈妆。當(dāng)這一塊的內(nèi)存使用完后胁编，就將還存活的對象復(fù)制到另一塊去，然后再把使用的空間一次清理掉鳞尔。這樣就使每次的內(nèi)存回收都是對內(nèi)存區(qū)間的一半進行回收嬉橙。
3）標記整理法
跟標記清除法一樣，只是在清楚的時候不一樣寥假，標記整理法是為了解決標記清除法產(chǎn)生內(nèi)存碎片而生的市框。對可回收對象回收，而是讓所有存活的對象向一端移動糕韧，然后直接清理掉端邊界以外的內(nèi)存枫振。
4）分代收集法
虛擬機的垃圾收集都采用分代收集算法，這種算法沒有什么新的思想萤彩，只是根據(jù)對象存活周期的不同將內(nèi)存分為幾塊粪滤。一般將 java 堆分為新生代和老年代，這樣我們就可以根據(jù)各個年代的特點選擇合適的垃圾收集算法雀扶。
6杖小、垃圾收集器
關(guān)于垃圾收集器，這里我只講一個CMS 收集器愚墓，其他收集器有感興趣的小伙伴們可以自行去了解一下予权。
如果說收集算法是內(nèi)存回收的方法論，那么垃圾收集器就是內(nèi)存回收的具體實現(xiàn)
1）CMS 收集器：
CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器（標記-清除算法）：老年代并行收集器浪册，它非常符合在注重用戶體驗的應(yīng)用上使用扫腺，以獲取最短回收停頓時間為目標的收集器，具有高并發(fā)议经、低停頓的特點斧账，追求最短GC回收停頓時間。
從上面的一句話我們可以看出他的幾個特點：1煞肾、標記清除法咧织，2、并發(fā)收集器籍救， 3习绢、最短GC回收停頓時間（低停頓）
具體收集分四步：
初始標記（暫停所有其他的線程，記錄下直接和root相連的對象）
并發(fā)標記（同時開啟GC和用戶線程，用一個閉包去記錄可達對象闪萄。）
重新標記（重新標記或者修正并發(fā)期間用戶繼續(xù)運行導(dǎo)致的標記變動的那一部分對象）
并發(fā)清除 （開啟用戶線程梧却，同時GC線程開始對為標記的區(qū)域回收）
因為上面是采用的是標記清除算法，所以也具有標記清除算法的缺點：會產(chǎn)生打量空間碎片败去、同時對CPU資源敏感放航，無法處理浮動垃圾。
總結(jié)
其實關(guān)于JVM的內(nèi)容還有很多圆裕，就比如：上面沒有提到的广鳍，是如何去判斷這個對象是可以回收的還是不可以回收（可達性分析法，引用計數(shù)法吓妆，強引用赊时，弱應(yīng)用等），如何進行JVM調(diào)優(yōu)等一些列這樣的問題行拢。這里不做深入討論祖秒，感興趣的小伙伴留言，我到時候再專門出一期關(guān)于GC 是如何去判斷對象是可回收還是不可回收的問題舟奠，和JVM調(diào)優(yōu)竭缝。希望通過本次學(xué)習(xí)能為大家在了解JVM打開一個窗口，從這個窗口對應(yīng)的再去深入了解java虛擬機鸭栖。
