深刻理解JVM虚拟机总结

如下总结不保证全对，若有错误，还望可以指出。谢谢

相关代码实如今个人GitHub里：

github.com/h2pl

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h2pl.github.io

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JVM介绍和源码

首先JVM是一个虚拟机，当你安装了jre，它就包含了jvm环境。JVM有本身的内存结构，字节码执行引擎，所以class字节码才能在jvm上运行，除了Java之外，Scala，groovy等语言也能够编译成字节码然后在jvm中运行。JVM是用c开发的。

JVM内存模型

内存模型老生常谈了，主要就是线程共享的堆区，方法区，本地方法栈。还有线程私有的虚拟机栈和程序计数器。

堆区存放全部对象，每一个对象有一个地址，Java类jvm初始化时加载到方法区，然后会在堆区中生成一个Class<?>对象，来负责这个类全部实例的实例化。

栈区存放的是栈帧结构，栈帧是一段内存空间，包括参数列表，返回地址，局部变量表等，局部变量表由一堆slot组成，slot的大小固定，根据变量的数据类型决定须要用到几个slot。

方法区存放类的元数据，将原来的字面量转换成引用，固然，方法区也提供常量池，常量池存放-128到127的数字类型的包装类。 字符串常量池则会存放使用intern的字符串变量。

JVM OOM和内存泄漏

这里指的是oom和内存泄漏这类错误。

oom通常分为三种，堆区内存溢出，栈区内存溢出以及方法区内存溢出。

堆内存溢出主要缘由是建立了太多对象，好比一个集合类死循环添加一个数，此时设置jvm参数使堆内存最大值为10m，一会就会报oom异常。

栈内存溢出主要与栈空间和线程有关，由于栈是线程私有的，若是建立太多线程，内存值超过栈空间上限，也会报oom。

方法区内存溢出主要是因为动态加载类的数量太多，或者是不断建立一个动态代理，用不了多久方法区内存也会溢出，会报oom，这里在1.7以前会报permgem oom，1.8则会报meta space oom，这是由于1.8中删除了堆中的永久代，转而使用元数据区。

内存泄漏通常是由于对象被引用没法回收，好比一个集合中存着不少对象，可能你在外部代码把对象的引用置空了，可是因为对象还被集合给引用着，因此没法被回收，致使内存泄漏。测试也很简单，就在集合里添加对象，添加完之后把引用置空，循环操做，一会就会出现oom异常，缘由是内存泄漏太多了，致使没有空间分配新的对象。

常见调试工具

命令行工具备jstack jstat jmap 等，jstack能够跟踪线程的调用堆栈，以便追踪错误缘由。

jstat能够检查jvm的内存使用状况，gc状况以及线程状态等。

jmap用于把堆栈快照转储到文件系统，而后能够用其余工具去排查。

visualvm是一款很不错的gui调试工具，能够远程登陆主机以便访问其jvm的状态并进行监控。

class文件结构

class文件结构比较复杂，首先jvm定义了一个class文件的规则，而且让jvm按照这个规则去验证与读取。

开头是一串魔数，而后接下来会有各类不一样长度的数据，经过class的规则去读取这些数据，jvm就能够识别其内容，最后将其加载到方法区。

JVM的类加载机制

jvm的类加载顺序是bootstrap类加载器，extclassloader加载器，最后是appclassloader用户加载器，分别加载的是jdk/bin ，jdk/ext以及用户定义的类目录下的类（通常经过ide指定），通常核心类都由bootstrap和ext加载器来加载，appclassloader用于加载本身写的类。

双亲委派模型，加载一个类时，首先获取当前类加载器，先找到最高层的类加载器bootstrap让他尝试加载，他若是加载不了再让ext加载器去加载，若是他也加载不了再让appclassloader去加载。这样的话，确保一个类型只会被加载一次，而且以高层类加载器为准，防止某些类与核心类重复，产生错误。

defineclass findclass和loadclass

类加载classloader中有两个方法loadclass和findclass，loadclass听从双亲委派模型，先调用父类加载的loadclass，若是父类和本身都没法加载该类，则会去调用findclass方法，而findclass默认实现为空，若是要自定义类加载方式，则能够重写findclass方法。

常见使用defineclass的状况是从网络或者文件读取字节码，而后经过defineclass将其定义成一个类，而且返回一个Class<?>对象，说明此时类已经加载到方法区了。固然1.8之前实现方法区的是永久代，1.8之后则是元空间了。

JVM虚拟机字节码执行引擎

jvm经过字节码执行引擎来执行class代码，他是一个栈式执行引擎。这部份内容比较高深，在这里就不献丑了。

编译期优化和运行期优化

编译期优化主要有几种

1 泛型的擦除，使得泛型在编译时变成了实际类型，也叫伪泛型。

2 自动拆箱装箱，foreach循环自动变成迭代器实现的for循环。

3 条件编译，好比if(true)直接可得。

运行期优化主要有几种

1 JIT即时编译

Java既是编译语言也是解释语言，由于须要编译代码生成字节码，然后经过解释器解释执行。

可是，有些代码因为常常被使用而成为热点代码，每次都编译太过费时费力，干脆直接把他编译成本地代码，这种方式叫作JIT即时编译处理，因此这部分代码能够直接在本地运行而不须要经过jvm的执行引擎。

2 公共表达式擦除，就是一个式子在后面若是没有被修改，在后面调用时就会被直接替换成数值。

3 数组边界擦除，方法内联，比较偏，意义不大。

4 逃逸分析，用于分析一个对象的做用范围，若是只局限在方法中被访问，则说明不会逃逸出方法，这样的话他就是线程安全的，不须要进行并发加锁。

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JVM的垃圾回收

1 GC算法：中止复制，存活对象少时适用，缺点是须要两倍空间。标记清除，存活对象多时适用，可是容易产生随便。标记整理，存活对象少时适用，须要移动对象较多。

2 GC分区，通常GC发生在堆区，堆区可分为年轻代，老年代，之前有永久代，如今没有了。

年轻代分为eden和survior，新对象分配在eden，当年轻代满时触发minor gc，存活对象移至survivor区，而后两个区互换，等待下一场gc， 当对象存活的阈值达到设定值时进入老年代，大对象也会直接进入老年代。

老年代空间较大，当老年代空间不足以存放年轻代过来的对象时，开始进行full gc。同时整理年轻代和老年代。 通常年轻代使用中止复制，老年代使用标记清除。

3 垃圾收集器

serial串行

parallel并行

它们都有年轻代与老年代的不一样实现。

而后是scanvage收集器，注重吞吐量，能够本身设置，不过不注重延迟。

cms垃圾收集器，注重延迟的缩短和控制，而且收集线程和系统线程能够并发。

cms收集步骤主要是，初次标记gc root，而后停顿进行并发标记，然后处理改变后的标记，最后停顿进行并发清除。

g1收集器和cms的收集方式相似，可是g1将堆内存划分红了大小相同的小块区域，而且将垃圾集中到一个区域，存活对象集中到另外一个区域，而后进行收集，防止产生碎片，同时使分配方式更灵活，它还支持根据对象变化预测停顿时间，从而更好地帮用户解决延迟等问题。

JVM的锁优化

在Java并发中讲述了synchronized重量级锁以及锁优化的方法，包括轻量级锁，偏向锁，自旋锁等。详细内容能够参考个人专栏：Java并发技术指南

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