引言：JVM常見面試題：

1艾船、請談?wù)勀銓VM的理解？java8的虛擬機(jī)有什么更新高每？
2屿岂、什么是OOM？什么是StackOverflowError鲸匿？有哪些方法分析爷怀？
3、JVM的常用調(diào)優(yōu)參數(shù)你知道哪些带欢？
4运授、談?wù)凧VM中，對類加載器你的認(rèn)識乔煞？
5吁朦、JVM內(nèi)存模型以及分區(qū)，需要詳細(xì)到每個區(qū)放什么
6渡贾、堆里面的分區(qū)：Eden逗宜、survival from to、老年代各自的特點
7空骚、GC的三種收集算法：標(biāo)記清除纺讲、標(biāo)記整理、復(fù)制算法的原理與特點囤屹，分別用在什么地方
8熬甚、Minor GC與Full GC分別在什么時候發(fā)生

JVM體系結(jié)構(gòu)概覽

一、類裝載器（ClassLoader）：

負(fù)責(zé)加載class文件肋坚，class文件在文件開頭有特定的文件標(biāo)識则涯，將class文件字節(jié)碼內(nèi)容加載到內(nèi)存中复局，并將這些內(nèi)容轉(zhuǎn)換成方法區(qū)中的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并且ClassLoader只負(fù)責(zé)class文件的加載，至于它是否可以運行粟判，則由Execution Engine決定

類裝載器

啟動類加載器加載的是java程序最底層的一下jar包亿昏，放在rt.jar，java的版本在不斷的更迭档礁，新的jar包由擴(kuò)展類加載器進(jìn)行加載角钩。應(yīng)用程序類加載器則是加載我們在程序中自己寫的類。

幾種類加載器

雙親委派機(jī)制

public class Obb {
    public static void main(String[] args) {
        Object o = new Object();
        System.out.println("o:" + o.getClass().getClassLoader());
        Obb ob = new Obb();
        System.out.println("ob:" + ob.getClass().getClassLoader());
    }
}

如上所示一段代碼呻澜，Object是jdk自帶的递礼，所以它的類加載器應(yīng)該是根加載器，而ob是我自己定義的羹幸，他的加載器理所當(dāng)然的應(yīng)該是應(yīng)用程序類加載器脊髓，根加載器返回的是null。

示例

二栅受、本地方法棧和本地方法接口

本地方法棧和本地方法接口

線程start方法的底層實際上是native接口

三将硝、程序計數(shù)器

程序計數(shù)器

四、方法區(qū)（Method Area）：

供各線程共享時的內(nèi)存區(qū)域屏镊。它存儲了每一個類的結(jié)構(gòu)信息依疼，例如運行時常量池、字段和方法數(shù)據(jù)而芥、構(gòu)造函數(shù)和普通方法的字節(jié)碼內(nèi)容律罢。上面講的時規(guī)范，在不同虛擬機(jī)里頭實現(xiàn)時不一樣的棍丐，最典型的就是永久代（java8以前）和元空間（java8以后）误辑。
實例變量時存放在堆內(nèi)存的，和方法區(qū)無關(guān)歌逢。

五巾钉、棧（Stack）：

棧也叫棧內(nèi)存，主管java程序的運行趋翻，是在線程創(chuàng)建時創(chuàng)建，它的生命周期是跟隨線程的生命周期盒蟆，線程結(jié)束棧內(nèi)存也就釋放踏烙，對于棧來說不存在垃圾回收問題，只要線程一結(jié)束历等，該棧就Over讨惩，生命周期和線程一致，是線程私有的寒屯。8種基本類型的變量+對象的引用變量+實例方法都是在函數(shù)的棧內(nèi)存種分配荐捻。

棧管運行黍少，堆管存儲。

棧存儲什么处面？

棧幀種主要保存三類數(shù)據(jù)：
本地變量：輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)以及方法內(nèi)的變量厂置；
棧操作：記錄出棧，入棧的操作魂角；
棧幀數(shù)據(jù)：包括類文件昵济、方法等等。

棧運行原理

棧運行示例圖


/**
 * 如下所示野揪，main方法作為程序的入口访忿，首先被作為棧幀壓入棧的底部，
 * 然后main方法又調(diào)用了sayHello方法斯稳，將此方法棧幀壓入棧中海铆，
 * 而sayHello方法又不停的自己調(diào)用，每次調(diào)用方法都會形成一個棧幀壓入棧挣惰，
 * 而棧的大小是有限的卧斟，所以最后會導(dǎo)致棧溢出  StackOverflowError
 *注意StackOverflowError是錯誤而不是異常
 */
public class StackDemo1 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("1");
        sayHello();
        System.out.println("3");
    }

    public static void sayHello() {
        System.out.println("hello");
        sayHello();
    }
}

棧、堆通熄、方法區(qū)的關(guān)系

在棧中存著對象的引用唆涝，指向堆中，在棧中每一個引用存儲著的是對象的地址唇辨，都會在堆中對應(yīng)著一個類元數(shù)據(jù)地址廊酣，而堆中的類元數(shù)據(jù)地址會指向方法區(qū)，因為方法區(qū)存儲著這個對象的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)赏枚，也就是一個對象的模板亡驰。

六、堆（Heap）：

一個JVM實例只存在一個堆內(nèi)存饿幅，堆內(nèi)存的大小是可以調(diào)節(jié)的凡辱，類加載器讀取了類文件后，需要把類栗恩、方法透乾、常變量放到堆內(nèi)存中，保存所有引用類型的真實信息磕秤，以方便執(zhí)行器執(zhí)行乳乌。堆內(nèi)存分為三部分：

堆內(nèi)存的邏輯分區(qū)

PS：
幸存者0區(qū)又稱為S0區(qū)/From區(qū)
幸存者1區(qū)又稱為S1區(qū)/To區(qū)

邏輯內(nèi)存上看

java堆從GC的角度上還可以細(xì)分為：新生代（Eden區(qū)、From Survivor區(qū)和To Survivor區(qū)）和老年代市咆。

物理內(nèi)存占比

MinorGC的過程

永久帶也就是java8的元空間

元空間是一個常駐內(nèi)存區(qū)域汉操，用于存放JDK自身所攜帶的Class，Interface的元數(shù)據(jù)蒙兰，也就是說它存儲的是運行環(huán)境必須的類信息磷瘤，被裝載進(jìn)此區(qū)域的數(shù)據(jù)是不會被垃圾回收器回收掉的芒篷，關(guān)閉JVM才會釋放此區(qū)域所占用的內(nèi)存。

七采缚、JVM的參數(shù)調(diào)節(jié)

java7的JVM

java8的JVM

如上圖所見针炉，java7和java8對于jvm參數(shù)的調(diào)整，實際上相差不大仰担，
-Xms表示堆內(nèi)存的起始值糊识，默認(rèn)是物理內(nèi)存的1/64
-Xmx表示堆內(nèi)存的最大值，默認(rèn)是物理內(nèi)存的1/4
-Xmn表示堆中young區(qū)設(shè)置的值

默認(rèn)空余堆內(nèi)存小于40%時摔蓝，JVM就會增大堆直到-Xmx的最大限制赂苗；
空余堆內(nèi)存大于70%時，JVM會減少堆直到 -Xms的最小限制贮尉。
因此服務(wù)器一般設(shè)置-Xms拌滋、-Xmx相等以避免在每次GC 后調(diào)整堆的大小。對象的堆內(nèi)存由稱為垃圾回收器的自動內(nèi)存管理系統(tǒng)回收猜谚。

（java8以前的永久代）
-XX:PermSize設(shè)置非堆內(nèi)存初始值败砂，默認(rèn)是物理內(nèi)存的1/64；
XX:MaxPermSize設(shè)置最大非堆內(nèi)存的大小魏铅，默認(rèn)是物理內(nèi)存的1/4昌犹。

在java8以后，永久代已經(jīng)被移除览芳，被元空間所代替斜姥，元空間本質(zhì)上和永久代類似。區(qū)別在于永久代使用的是JVM的堆內(nèi)存沧竟，但是java8以后元空間并不在虛擬機(jī)中而是使用本機(jī)物理內(nèi)存铸敏。因此，默認(rèn)情況下悟泵，元空間的大小受本地內(nèi)存限制杈笔。類的元數(shù)據(jù)放入native memory，字符串池和類的靜態(tài)變量放入java堆中糕非，這樣可以加載多少類的元數(shù)據(jù)就不再由maxPerSize控制蒙具，而是由系統(tǒng)的實際可用空間來控制。

堆調(diào)優(yōu)簡介

public class jvmSwitch {
    public static void main(String[] args) {
        //返回JVM試圖使用的最大內(nèi)存量朽肥，默認(rèn)的是系統(tǒng)內(nèi)存的1/4左右  3616MB/16G
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();
        //返回JVM的內(nèi)存總量
        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();
        System.out.println("MAX_MEMORY=" + maxMemory + "（字節(jié)）" + 
                (maxMemory / 1024 / 1024) + "MB");
        System.out.println("TOTAL_MEMORY=" + totalMemory + "（字節(jié)）" + 
                (totalMemory / 1024 / 1024) + "MB");
    }
}

IDEA調(diào)節(jié)JVM參數(shù)

GC收集的詳細(xì)信息

先把最大內(nèi)存改成了10MB

OutOfMemoryError

OOM

讀取MinorGC日志

八：GC算法

分代收集算法＝ぁ！鞠呈！

1融师、GC是分代收集算法：次數(shù)上頻繁收集的是Young區(qū)右钾、次數(shù)上較少收集的是old區(qū)蚁吝，基本不動的是元空間旱爆。

總體概述

JVM在進(jìn)行GC時，并非每次都對三個內(nèi)存一起回收的窘茁，大部分時候回收的都是新生代怀伦，因此GC按照回收的區(qū)域又分了兩種類型，一種是普通GC（minor GC）山林，一種時全局GC（major GC or Full GC）

Minor GC和Full GC的區(qū)別：
minorGC：只針對新生代區(qū)域的GC房待，指發(fā)生在新生代的垃圾收集動作，因為大多數(shù)Java對象存活率都不高驼抹，所以Minor GC非常頻繁桑孩，一般回收速度也比較快。
majorGC：指發(fā)生在老年帶的垃圾收集動作框冀，出現(xiàn)了Major GC流椒，經(jīng)常會伴隨至少一次的Minor GC（但是不是絕對的），Major GC的速度一般要比Minor GC慢上10倍以上（因為老年代比新生代大懊饕病Ｐ骸）。

四大算法：引用計數(shù)法温数、復(fù)制算法绣硝、標(biāo)記清除法、標(biāo)記壓縮法

2撑刺、引用計數(shù)法

引用計數(shù)法

引用計數(shù)法如上所示鹉胖，在程序中有一個引用，就+1猜煮，但是可能會出現(xiàn)A引用B次员，B引用A的情況，這樣的話循環(huán)引用較難處理王带。

2淑蔚、復(fù)制算法

年輕代中的GC，主要靠的是復(fù)制算法愕撰，年輕代中分為一個Eden和兩個Survivor,默認(rèn)比例是8：1：1刹衫。一般情況下新創(chuàng)建的對象會被分配到Eden區(qū)（一些大的對象特殊處理）。因為年輕代中的對象基本上都是朝生夕死搞挣，所以年輕代的垃圾回收算法使用的是復(fù)制算法带迟，復(fù)制算法的思想就是將內(nèi)存分為兩塊，每次用其中一塊囱桨，當(dāng)這一塊內(nèi)存用完仓犬，就將還活著的對象復(fù)制到另一塊上面，復(fù)制算法不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片舍肠。

原理

在GC開始的時候，對象只會存在于Eden區(qū)和名為"From"的Survivor區(qū)财边，Survivor區(qū)"To"是空的酣难。緊接著進(jìn)行GC飞主，Eden區(qū)中所有存活的對象都會被復(fù)制到"To"，而在“From”區(qū)中吵瞻，仍會存活的對象就會根據(jù)他們的年齡值來決定去向眯停。年齡達(dá)到一定值（年齡閾值莺债，可以通過-XX:MaxTenuringThreshold來設(shè)置）的對象會被移動到老年代签夭，沒有達(dá)到閾值的對象會被復(fù)制到"To"區(qū)域第租。經(jīng)過這次"From"，新的"From"就是上次GC前的"To"丐吓，不管怎樣趟据，都會保證名為To的Survivor區(qū)域是空的汹碱。Minor GC會一直重復(fù)這樣的過程，直到“To”區(qū)域被填滿稚新，"To"區(qū)被填滿之后，會將所有對象移動到老年代中笤妙。

缺點：
1、浪費了一半的內(nèi)存
2召衔、如果對象存活率高苍凛，可以極端一點醇蝴，假設(shè)是100%存活想罕，那么我們需要將所有的對象都復(fù)制一遍悠栓，并將所有引用地址重置一遍按价，復(fù)制這一工作所花費的時間，在對象存活率達(dá)到一定程度時楼镐，將會變得不可忽視癞志。所以要使用復(fù)制算法框产，存活率必須非常低才行今阳，更重要的是，要克服50%內(nèi)存的浪費盾舌。

3蘸鲸、標(biāo)記清除算法

image.png

1膝舅、優(yōu)缺點
優(yōu)點：不需要額外的空間
缺點：兩次掃描仍稀，耗時嚴(yán)重；會產(chǎn)生內(nèi)存碎片。

當(dāng)程序運行時享幽，若可以使用的內(nèi)存被耗盡的時候铲掐，GC線程就會被觸發(fā)并將程序暫停，隨后將要回收的對象標(biāo)記一遍值桩，最終統(tǒng)一回收這些對象摆霉，完成標(biāo)記清理工作接下來便讓應(yīng)用程序恢復(fù)運行。

缺點解釋：首先奔坟，他的缺點就是效率比較低（遞歸與全堆對象遍歷）携栋，而且在進(jìn)行GC的時候，需要停止應(yīng)用程序咳秉，這會導(dǎo)致用戶體驗非常差勁刻两。其次，主要缺點則是這種方式清理出來的空間內(nèi)存事不連續(xù)的滴某，因為死亡對象都是隨機(jī)出現(xiàn)在內(nèi)存的各個角落的磅摹，現(xiàn)在把它們清除之后，內(nèi)存的布局就會亂七八糟霎奢。為了應(yīng)對這一點户誓，JVM必須維持一個內(nèi)存的空間列表，這又是一種開銷幕侠，而且在分配數(shù)組對象的時候帝美，尋找連續(xù)的內(nèi)存空間會不太好找。

4晤硕、標(biāo)記整理法/標(biāo)記壓縮法(全稱：標(biāo)記-清除-整理算法)

老年代一般是由標(biāo)記清除或者是標(biāo)記清除+標(biāo)記整理

原理

優(yōu)缺點：
優(yōu)點：沒有內(nèi)存碎片
缺點：需要移動對象的成本（耗時長）

效率不高悼潭，不僅要標(biāo)記所有存活對象，還要整理所有存活對象的引用地址舞箍，從效率上來講舰褪，標(biāo)記/整理算法要低于復(fù)制算法。

5疏橄、總結(jié)：
內(nèi)存效率：復(fù)制算法>標(biāo)記清除算法>標(biāo)記整理算法（此處的效率只是簡單的對比時間復(fù)雜度占拍，實際情況不一定如此）
內(nèi)存整齊度：復(fù)制算法=標(biāo)記整理算法>標(biāo)記清除算法略就。
內(nèi)存利用率：標(biāo)記整理算法=標(biāo)記清除算法>復(fù)制算法

可以看出效率上來講，復(fù)制算法是最快的晃酒，但是浪費了太多的內(nèi)存表牢，而為了盡量兼顧上面所提到的三個指標(biāo)，標(biāo)記/整理算法相對來說更平滑一些贝次，但效率上依然不盡如人意崔兴，它比復(fù)制算法多了一個標(biāo)記的階段，又比標(biāo)記/清除多了一個整理內(nèi)存的過程

沒有最優(yōu)的算法蛔翅，只有最合適的算法敲茄。======>>>>分代收集算法

年輕代
年輕代的特點是區(qū)域相對老年代較小，對象存活率低搁宾。這種情況用復(fù)制算法回收整理，速度是最快的倔幼。
老年代
這種情況存在大量存活率高的對象盖腿，復(fù)制算法變得不合適，一般是由標(biāo)記清除與標(biāo)記整理的混合實現(xiàn)损同。

JVM基礎(chǔ)知識