1陈症、JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)

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• 堆（共享）

  • 堆用來存放對象和數(shù)組扰付，只要是堆中的對象，就可以被所有線程共享（靜態(tài)變量栅受、靜態(tài)常量、字符串存儲在堆中的老年代里）
    • Java7 版本中將永久代的靜態(tài)變量和運(yùn)行時(shí)常量池轉(zhuǎn)移到堆中存放的
  • 堆是 JVM 上最大的內(nèi)存區(qū)域担扑。垃圾回收操作的對象就是堆
  • 堆空間一般是程序啟動(dòng)時(shí)就申請了，一般設(shè)置成可伸縮的。 隨著對象的頻繁創(chuàng)建浑塞，堆空間占用的越來越多，就需要不定期的對不再使用的對象進(jìn)行回收政己，這就是GC
  • 對于基本數(shù)據(jù)類型對象（如byte酌壕、short、int歇由、long卵牍、float、double沦泌、char)糊昙，在方法體內(nèi)聲明時(shí)，會直接分配在棧中,其它情況都會分配在堆中
  • 對于普通對象來說谢谦，JVM 會首先在堆上創(chuàng)建對象释牺，然后在其他地方使用它的引用
    • 比如，把這個(gè)引用保存在虛擬機(jī)棧的局部變量表中回挽。但是在開啟了逃逸分析時(shí)没咙，如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)對象只會在方法內(nèi)部使用，則可能會將該對象經(jīng)過標(biāo)量替換后也存在棧中
  • 堆的幾個(gè)重要參數(shù)
    • -Xms：堆的最小值（初始值千劈，默認(rèn)單位是：字節(jié)祭刚，要求是1024的整數(shù)倍）
    • -Xmx：堆的最大值
    • -Xmn：新生代的大小
    • -XX:NewSize；新生代最小值（初始值）
    • -XX:MaxNewSize：新生代最大值

• 方法區(qū)（元空間）（共享）

  • 方法區(qū)存儲的內(nèi)容
    • 類型信息(比如類全稱队塘、父類全稱)
    • 域信息（域名稱袁梗、域修飾符private等）
    • 方法信息(方法名稱、方法修飾符憔古、返回類型等)
    • 字面量(字面量包括文本字符串遮怜、八種基本類型的值 、被聲明為final的常量等）
  • 假如兩個(gè)線程都試圖訪問方法區(qū)中的同一個(gè)類信息鸿市，而這個(gè)類還沒有加載進(jìn) JVM锯梁，那么此時(shí)就只允許一個(gè)線程去加載它，另一個(gè)線程必須等待
  • 方法區(qū)是 JVM 對內(nèi)存的邏輯劃分
    • 在 JDK1.7 及之前將方法區(qū)稱為永久代
    • 在 JDK1.8 及以后使用了元空間來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)
  • 元空間大小參數(shù)設(shè)置：
    • 如果不設(shè)置參數(shù)焰情，則只受本機(jī)總內(nèi)存的限制
    • jdk1.7 及以前
      • -XX:PermSize
      • -XX:MaxPermSize
    • jdk1.8 以后
      • -XX:MetaspaceSize
      • -XX:MaxMetaspaceSize

• 本地方法棧

  • 如果當(dāng)前線程執(zhí)行的方法是Native類型的陌凳，這些方法就會在本地方法棧中執(zhí)行

• 虛擬機(jī)棧（線程私有）

  • Java虛擬機(jī)棧是當(dāng)前線程在執(zhí)行方法時(shí)存儲所需的數(shù)據(jù)、指令内舟、返回地址的一種棧結(jié)構(gòu)(先進(jìn)后出)合敦。它的生命周期與線程保持一致
  • 每調(diào)用一個(gè)方法就會在棧里加入一個(gè)棧幀。調(diào)用的方法執(zhí)行完了验游，對應(yīng)的棧幀就會出棧
  • 棧幀里分為4個(gè)區(qū)域充岛，這4個(gè)區(qū)域就包含了執(zhí)行Java方法時(shí)的全部內(nèi)容
    • 局部變量表
      • 存方法參數(shù)和局部變量保檐。如果是引用類型則存的是對象在堆中的地址。第0行崔梗，放的就是this
    • 操作數(shù)棧
      • 操作數(shù)棧也是一個(gè)先進(jìn)后出的棧結(jié)構(gòu)夜只，它用來臨時(shí)存放即將要操作的數(shù)據(jù)
    • 動(dòng)態(tài)連接
      • Java 語言特性多態(tài)（需要類加載、運(yùn)行時(shí)才能確定具體的方法）蒜魄，如子類重寫父類方法后扔亥，具體調(diào)用哪個(gè)要等到執(zhí)行時(shí)才能確定。這時(shí)候的符號引用轉(zhuǎn)化為直接引用稱為動(dòng)態(tài)鏈接
    • 方法出口
      • 方法出口其實(shí)就是記錄的返回地址谈为。例如：方法1調(diào)用了方法2之后旅挤，那么方法2的出口地址就是方法1調(diào)用方法2的代碼位置，因?yàn)樵诜椒?執(zhí)行完了之后伞鲫，要回到方法1繼續(xù)執(zhí)行谦铃。
      • 正常返回（遇到方法返回的字節(jié)碼指令）
      • 異常返回（通過異常處理器表<非棧幀中的>來確定），并且這個(gè)異常沒有在方法體內(nèi)得到處理

• 程序計(jì)數(shù)器（線程私有）

  • 由于現(xiàn)在都是多線程運(yùn)行榔昔，而一個(gè)CPU在同一時(shí)刻只能運(yùn)行一個(gè)線程，多個(gè)線程只能交替運(yùn)行瘪菌。程序計(jì)數(shù)器的作用就是記錄當(dāng)前線程下一條要運(yùn)行的指令撒会，這樣保證了線程在切換回來時(shí)能回到正確的位置繼續(xù)開始執(zhí)行
  • 如果正在執(zhí)行的是Native 方法，由于不是JVM執(zhí)行师妙，則這個(gè)計(jì)數(shù)器值為空(Undefined)

1.1诵肛、堆空間劃分

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• 一般情況下，新創(chuàng)建的對象都會被分配到Eden區(qū)默穴，一些特殊的大的對象會直接分配到Old區(qū)

  • 大對象直接進(jìn)入老年代
    • JVM參數(shù)-XX:PretenureSizeThreshold 來設(shè)置對象大小閾值（字節(jié)數(shù)）
      • 比如“1048576”怔檩，就是1M
  • 經(jīng)過15次GC仍然存活的對象
    • JVM參數(shù) -XX:MaxTenuringThreshold 來設(shè)置存活次數(shù)，默認(rèn)15
  • 動(dòng)態(tài)對象年齡判斷
    • Survivor區(qū)域里一批對象的 總大小大于了這塊Survivor區(qū)域的內(nèi)存大小的50% 蓄诽，那么此時(shí)大于等于這批對象年齡的對象薛训，就可以直接進(jìn)入老年代了
  • Survivor區(qū)空間不夠
    • GC后Survivor區(qū)空間不夠存放對象了，這時(shí)會吧對象直接轉(zhuǎn)移到老年代
  • 老年代空間分配擔(dān)保規(guī)則

• 對象入堆流程

  
  
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1.2仑氛、Java對象內(nèi)存布局

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• 對象頭

  • Mark Word
    • 包含一系列的標(biāo)識乙埃，例如鎖的標(biāo)記、對象年齡等锯岖。在32位系統(tǒng)占4字節(jié)介袜，在64位系統(tǒng)中占8字節(jié)
  • Class Pointer
    • 指向?qū)ο笏鶎俚?Class 在方法區(qū)的內(nèi)存指針，通常在32位系統(tǒng)占4字節(jié)出吹，在64位系統(tǒng)中占8字節(jié)遇伞，64位 JVM 在 1.6 版本后默認(rèn)開啟了壓縮指針，那就占用4個(gè)字節(jié)
  • Length
    • 如果對象是數(shù)組捶牢，還需要一個(gè)保存數(shù)組長度的空間鸠珠，占 4 個(gè)字節(jié)

• Mark Word

  
  
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• Monitor

  • Java虛擬機(jī)給每個(gè)對象和class字節(jié)碼都設(shè)置了一個(gè)監(jiān)聽器Monitor巍耗，用于檢測并發(fā)代碼的重入
  • 當(dāng)多個(gè)線程同時(shí)請求某個(gè)對象監(jiān)視器時(shí)，對象監(jiān)視器會設(shè)置幾種狀態(tài)用來區(qū)分請求的線程
    • Contention List：所有請求鎖的線程將被首先放置到該競爭隊(duì)列
    • Entry List：Contention List中那些有資格成為候選人的線程被移到Entry List
    • Wait Set：那些調(diào)用wait方法被阻塞的線程被放置到Wait Set
    • OnDeck：任何時(shí)刻最多只能有一個(gè)線程正在競爭鎖跳芳，該線程稱為OnDeck
    • Owner：獲得鎖的線程稱為Owner
    • !Owner：釋放鎖的線程

2芍锦、垃圾回收（GC）

• 如何判斷垃圾對象

  • 可達(dá)性分析算法
    • 是以根對象（GCRoots）為起始點(diǎn)，按照從上到下的方式搜索被根對象集合所連接的目標(biāo)對象是否可達(dá)
      • GC Roots包括
        • 本地方法棧內(nèi)JNI,引用的對象
        • 方法區(qū)中靜態(tài)屬性引用的對象
        • 方法區(qū)中常量引用的對象
        • 所有被同步鎖synchronized持有的對象
        • Java虛擬機(jī)內(nèi)部的引用
    • 使用可達(dá)性分析算法后飞盆，內(nèi)存中存活的對象都被被根對象集合直接或間接連接著娄琉，搜索所走過的路徑稱為引用鏈
    • 如果目標(biāo)對象沒有任何引用鏈相連，則是不可達(dá)的吓歇，意味著該對象已經(jīng)死亡孽水，可以標(biāo)記為垃圾對象

• GC算法

  • 標(biāo)記-清除算法
    • 從引用根節(jié)點(diǎn)開始遍歷，標(biāo)記所有被引用的對象城看，一般是在對象Header中記錄為可達(dá)對象
    • 對堆內(nèi)存從頭到尾進(jìn)行線性的遍歷女气，如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)對象在其Header中沒有標(biāo)記為可達(dá)對象，則將其回收
  • 復(fù)制算法
    • 將或者的內(nèi)存空間分為兩塊测柠，每次使用其中一塊炼鞠。在垃圾回收時(shí)，將正在使用的內(nèi)存中的存活的對象復(fù)制到未被使用的內(nèi)存塊中轰胁，之后清除正在使用的內(nèi)存塊中的所有的對象谒主，交換兩個(gè)內(nèi)存的角色，最后完成垃圾回收
  • 標(biāo)記-壓縮（標(biāo)記-整理）算法
    • 第一個(gè)階段和標(biāo)記清除算法一樣赃阀，從根節(jié)點(diǎn)開始標(biāo)記所有被引用的對象
    • 第二階段將所有的存活對象壓縮在內(nèi)存的一端霎肯，按照順序排放，之后清理邊界外所有的空間
    • 最終效果等同于標(biāo)記清除算法執(zhí)行完成后榛斯，再進(jìn)行一次內(nèi)存碎片整理
    • 與標(biāo)記清除算法本質(zhì)區(qū)別观游，標(biāo)記清除算法是非移動(dòng)式的算法，標(biāo)記壓縮是移動(dòng)式的
  • 分代收集算法
    • 不同生命周期的對象可以采取不同的收集方式驮俗，以便提高回收效率懂缕，幾乎所有的GC都采用分代收集算法執(zhí)行垃圾回收的
    • 年輕代
      • 生命周期短，存活率低意述，回收頻繁
      • 采用Serial提佣、ParNew、Parallel Scavenge回收算法
    • 老年代
      • 區(qū)域較大荤崇，生命周期長拌屏，存活率高，回收不及年輕代頻繁
      • 采用Serial Old术荤、Parallel Old GC倚喂、CMS 回收算法
  • 增量收集算法
    • 每次垃圾收集線程只收集一小片區(qū)域的內(nèi)存空間，接著切換到應(yīng)用程序線程，依次反復(fù)端圈，直到垃圾收集完成
    • 通過對線程間沖突的妥善管理焦读，允許垃圾收集線程以分階段的方式完成標(biāo)記、清理或復(fù)制工作
  • 分區(qū)算法
    • 為了控制GC產(chǎn)生的停頓時(shí)間舱权，將一塊大的內(nèi)存區(qū)域分割成多個(gè)小塊矗晃，根據(jù)目標(biāo)的停頓時(shí)間，每次合理的回收若干個(gè)小區(qū)間宴倍，而不是整個(gè)堆空間张症，從而減少一次GC所需時(shí)間
    • 分代算法是將對象按照生命周期長短劃分為兩個(gè)部分，分區(qū)算法是將整個(gè)堆劃分為連續(xù)的不同的小區(qū)間
    • 每一個(gè)小區(qū)間都獨(dú)立使用鸵贬，獨(dú)立回收俗他，這種算法的好處是可以控制一次回收多少個(gè)小區(qū)間

• Serial回收器（串行回收）

  • Serial收集器采用復(fù)制算法，串行回收和STW機(jī)制的方式執(zhí)行內(nèi)存回收

• ParNew回收器（并行回收）

  • 除了采用并行回收阔逼，其他方面和Serial之間幾乎沒有任何區(qū)別
  • 年輕代使用兆衅，不影響老年代

• CMS回收器（低延遲）

  • CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一種以獲取 最短回收停頓時(shí)間 為目標(biāo)的收集器

  • 采用的是標(biāo)記-清除算法 整個(gè)過程分為4步

    • 初始標(biāo)記
      • 標(biāo)記GC Roots能關(guān)聯(lián)到的對象，需要Stop The World
    • 并發(fā)標(biāo)記
      • 進(jìn)行GC Roots Tracing
    • 重新標(biāo)記
      • 修改并發(fā)標(biāo)記因用戶程序變動(dòng)的內(nèi)容嗜浮，需要Stop The World
    • 并發(fā)清除

  • 由于整個(gè)過程中羡亩，并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除，收集器線程可以與用戶線程一起工作危融，所以總體上來

    說夕春，CMS收集器的內(nèi)存回收過程是與用戶線程一起并發(fā)地執(zhí)行的

  • 由于在垃圾收集階段用戶線程沒有中斷，所以在CMS回收過程中专挪，還應(yīng)該確保應(yīng)用程序用戶線程有足夠的內(nèi)存可用。因此CMS收集器不能像其他收集器那樣等到老年代幾乎填滿再進(jìn)行回收片排，而是當(dāng)堆內(nèi)存使用率達(dá)到某一閾值時(shí)寨腔，便開始進(jìn)行回收

  • CMS采取標(biāo)記清除算法，會產(chǎn)生內(nèi)存碎片率寡，只能夠選擇空閑列表執(zhí)行內(nèi)存分配

• G1回收器

  • Java堆的內(nèi)存布局與就與其他收集器有很大差別迫卢，它將整個(gè)Java堆劃分為多個(gè)大小相等的獨(dú)立區(qū)域（Region），雖然還保留有新生代和老年代的概念冶共，但新生代和老年代不再是物理隔離的了乾蛤，它們都是一部分Region（不需要連續(xù)）的集合
  • 使用不同的region表示Eden，s0捅僵，s1家卖，老年代等，G1跟蹤各個(gè)region里面垃圾堆積的價(jià)值大小庙楚，在后臺維護(hù)一個(gè)優(yōu)先列表上荡，每次根據(jù)允許的收集時(shí)間，優(yōu)先回收價(jià)值最大的Region
  • 優(yōu)勢
    • 并行與并發(fā)
    • 同時(shí)兼顧年輕代與老年代
    • 空間整合
      • region之間用復(fù)制算法馒闷，整體可以看做是標(biāo)記壓縮算法酪捡。
      • 兩種算法都避免內(nèi)存碎片叁征，有利于程序長時(shí)間運(yùn)行，分配大對象不會因?yàn)闊o法找到連續(xù)空間提前觸發(fā)下一次GC逛薇，尤其當(dāng)Java堆非常大的時(shí)候捺疼，G1優(yōu)勢更加明顯
    • 可預(yù)測的停頓時(shí)間模型
      • 能讓使用者明確指定在一個(gè)長度為M毫秒的時(shí)間片段內(nèi)，消耗在垃圾收集上的時(shí)間不能超過N毫秒
  • Region
    • region可以充當(dāng)多個(gè)角色永罚，所有region大小相同啤呼，且在JVM生命周期內(nèi)不會改變
    • 一個(gè)region可能屬于Eden、survivor或Old內(nèi)存區(qū)域尤蛮。但是一個(gè)region只能屬于一個(gè)角色
    • G1還增加了一個(gè)新的內(nèi)存區(qū)域：humongous媳友，主要用于存儲大對象，如果超過1.5個(gè)region产捞，就放到humongous中
  • 工作過程可以分為如下幾步
    • 初始標(biāo)記
      • 標(biāo)記一下GC Roots能夠關(guān)聯(lián)的對象醇锚，并且修改TAMS的值，需要Stop The World
    • 并發(fā)標(biāo)記
      • 從GC Roots進(jìn)行可達(dá)性分析坯临，找出存活的對象焊唬，與用戶線程并發(fā)執(zhí)行
    • 最終標(biāo)記
      • 修正在并發(fā)標(biāo)記階段因?yàn)橛脩舫绦虻牟l(fā)執(zhí)行導(dǎo)致變動(dòng)的數(shù)據(jù)，需要Stop The World
    • 篩選回收
      • 對各個(gè)Region的回收價(jià)值和成本進(jìn)行排序看靠，根據(jù)用戶所期望的GC停頓時(shí)間制定回收計(jì)劃

3赶促、什么是JMM

• JMM就是Java內(nèi)存模型(java memory model)。JMM 是建立在硬件內(nèi)存模型基礎(chǔ)上的抽象模型挟炬，因?yàn)樵诓煌挠布a(chǎn)商和不同的操作系統(tǒng)下鸥滨，內(nèi)存的訪問有一定的差異，所以JMM屏蔽掉各種硬件和操作系統(tǒng)的內(nèi)存訪問差異谤祖，以實(shí)現(xiàn)讓java程序在各種平臺下都能達(dá)到一致的并發(fā)效果

• JMM抽象結(jié)構(gòu)劃分為線程本地緩存與主存婿滓，每個(gè)線程均有自己的本地緩存，本地緩存是線程私有的粥喜，主存則是計(jì)算機(jī)內(nèi)存凸主，它是共享的
  

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• JMM內(nèi)存模型規(guī)則
  • 我們所有定義的變量(除局部變量)都存放在主內(nèi)存(Main Memory)
  • 每個(gè)線程都有自己的工作內(nèi)存，工作內(nèi)存中存放需要使用的變量的主內(nèi)存副本
  • 線程對所有變量的操作都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行额湘。不能直接在主內(nèi)存中操作
  • 不同線程之間無法直接訪問對方工作內(nèi)存中的變量卿吐。線程間變量值的傳遞需要通過主內(nèi)存進(jìn)行傳遞
• 保證并發(fā)的三大特性
  • 可見性
    • 當(dāng)一個(gè)線程修改了共享變量的值，其他線程能夠立即得知這個(gè)修改锋华，這就是可見性嗡官，如果無法保證，就會出現(xiàn)緩存一致性的問題
    • JMM規(guī)定毯焕，所有的變量都放在主存中谨湘，當(dāng)線程使用變量時(shí)，先從緩存中獲取，緩存未命中紧阔，再從主存復(fù)制到緩存坊罢，最終導(dǎo)致線程操作的都是自己緩存中的變量
    • Java是利用volatile關(guān)鍵字來提供可見性的。 當(dāng)變量被volatile修飾時(shí)擅耽，這個(gè)變量被修改后會立刻刷新到主內(nèi)存活孩，并失效其他線程的緩存，當(dāng)其它線程需要讀取該變量時(shí)乖仇，會去主內(nèi)存中讀取新值
  • 原子性
    • 原子性是指一個(gè)或者多個(gè)操作在CPU執(zhí)行的過程中不被中斷的特性憾儒，一個(gè)線程在執(zhí)行時(shí)不會被其他線程干擾
    • Java中提供了synchronized（同時(shí)滿足有序性、原子性乃沙、可見性）可以保證結(jié)果的原子性
  • 有序性
    • 編譯器和處理器為了優(yōu)化性能起趾，會對代碼做重排，所以語句實(shí)際執(zhí)行的先后順序與輸入的代碼順序可能一致警儒，這就是指令重排序
    • 為解決重排序训裆，使用Java提供的volatile修飾變量同時(shí)保證可見性、有序性蜀铲，被volatile修飾的變量會加上內(nèi)存屏障禁止排序