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JVM

2019-05-07  本文已影响12人  与搬砖有关的日子

1、JVM

1.1 基本概念

JVM是可运行Java代码的假象计算机，包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收、堆和一个存储方法域。JVM是运行在操作系统之上的它与硬件没有直接的交互。 image.png

1.2 原理

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运行期环境代表着Java平台，开发人员编写Java代码（.java文件），然后将之编译成字节码(.class文件)，再然后字节码被装入内存，一旦字节码进入虚拟机，他就会被解释执行或者是被即时代码发生器有选择的转换成机器码执行。
JVM在它的生命周期中的任务就是运行Java程序，因此当Java程序启动的时候就产生JVM的一个实例，当程序运行结束的时候该实例也就消失了。JVM是程序与底层操作系统和硬件无关的关键。

1.3 结构

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2、JVM数据运行区详解

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2.1 PC Register程序计数器

每个线程都有一个程序计数器，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（下一个要执行的指令代码），由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2.2 Native Method Stack本地方法栈

本地方法栈则为Native方法服务, 如果一个VM实现使用C-linkage模型来支持Native调用, 那么该栈将会是一个C栈，但HotSpot VM直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

2.3 VM Stack虚拟机栈

是描述java方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。栈帧（ Frame）是用来存储数据和部分过程结果的数据结构，同时也被用来处理动态链接 (Dynamic Linking)、 方法返回值和异常分派（ Dispatch Exception）。栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁——无论方法是正常完成还是异常完成（抛出了在方法内未被捕获的异常）都算作方法结束。

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2.4 Heap堆 运行时数据区

是被线程共享的一块内存区域，创建的对象和数组都保存在Java堆内存中，也是垃圾收集器进行垃圾收集的最重要的内存区域。由于现代VM采用分代收集算法, 因此Java堆从GC的角度还可以细分为: 新生代(Eden区、From Survivor区和To Survivor区)和老年代。

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2.5 方法区/永久代

即我们常说的永久代(Permanent Generation), 用于存储被JVM加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据. HotSpot VM把GC分代收集扩展至方法区, 即使用Java堆的永久代来实现方法区, 这样HotSpot的垃圾收集器就可以像管理Java堆一样管理这部分内存, 而不必为方法区开发专门的内存管理器(永久带的内存回收的主要目标是针对常量池的回收和类型的卸载, 因此收益一般很小)。 运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。 Java虚拟机对Class文件的每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求，这样才会被虚拟机认可、装载和执行。

3、Heap堆

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3.1 新生代

是用来存放新生的对象。一般占据堆的1/3空间。由于频繁创建对象，所以新生代会频繁触发MinorGC进行垃圾回收。新生代又分为 Eden区、ServivorFrom、ServivorTo三个区。
Java新对象的出生地（如果新创建的对象占用内存很大，则直接分配到老年代）。当Eden区内存不够的时候就会触发MinorGC，对新生代区进行一次垃圾回收。

3.1.1 MinorGC的过程（复制->清空->互换）采用复制算法

3.2 老年代

主要存放应用程序中生命周期长的内存对象。
老年代的对象比较稳定，所以MajorGC不会频繁执行。在进行MajorGC前一般都先进行了一次MinorGC，使得有新生代的对象晋身入老年代，导致空间不够用时才触发。当无法找到足够大的连续空间分配给新创建的较大对象时也会提前触发一次MajorGC进行垃圾回收腾出空间。
MajorGC采用标记清除算法：首先扫描一次所有老年代，标记出存活的对象，然后回收没有标记的对象。MajorGC的耗时比较长，因为要扫描再回收。MajorGC会产生内存碎片，为了减少内存损耗，我们一般需要进行合并或者标记出来方便下次直接分配。当老年代也满了装不下的时候，就会抛出OOM（Out of Memory）异常。

3.3 永久存储区

指内存的永久保存区域，主要存放Class和Meta（元数据）的信息,Class在被加载的时候被放入永久区域，它和存放实例的区域不同,GC不会在主程序运行期对永久区域进行清理。所以这也导致了永久代的区域会随着加载的Class的增多而胀满，最终抛出OOM异常。
在Java8中，永久代已经被移除，被一个称为“元数据区”（元空间）的区域所取代。元空间的本质和永久代类似，元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。类的元数据放入 native memory, 字符串池和类的静态变量放入java堆中，这样可以加载多少类的元数据就不再由MaxPermSize控制, 而由系统的实际可用空间来控制。

4、 GC常用算法

判断对象是否存活一般有两种方式：

5、GC垃圾收集器 image.png

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6、JVM配置

堆设置

7、Minor GC ，Full GC 触发条件

Minor GC触发条件：
当Eden区满时，触发Minor GC。
Full GC触发条件：

8、Java四种引用类型

基本类型包括：byte,short,int,long,char,float,double,Boolean,returnAddress
引用类型包括：类类型，接口类型和数组。

9、堆内存溢出

10、JVM的调优

11、Java对象的大小

基本数据的类型的大小是固定的，非基本类型的Java对象，其大小就值得商榷。
在Java中，一个空Object对象的大小是8byte，这个大小只是保存堆中一个没有任何属性的对象的大小。
看下面语句：

Object ob = new Object();

它所占的空间为：4byte+8byte。4byte是上面部分所说的Java栈中保存引用的所需要的空间。而那8byte则是Java堆中对象的信息。因为所有的Java非基本类型的对象都需要默认继承Object对象，因此不论什么样的Java对象，其大小都必须是大于8byte。

Class NewObject {
    int count;
    boolean flag;
    Object ob;
}

其大小为：空对象大小(8byte)+int大小(4byte)+Boolean大小(1byte)+空Object引用的大小(4byte)=17byte。
但是因为Java在对对象内存分配时都是以8的整数倍来分，因此大于17byte的最接近8的整数倍的是24，因此此对象的大小为24byte。

12、Java异常

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throw和throws的区别：

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