深刻理解Java虚拟机---学习感悟以及笔记

1、为何要学习Java虚拟机？

      这里咱们使用举例来讲明为何要学习Java虚拟机，其实这个问题就和为何要学习数据结构和算法是一个道理，工欲善其事，必先利其器。曾经的我常常惧怕处理内存溢出的问题，由于不知道他为何会出现这个问题，当我在看了这本书之后明白了垃圾回收算法，以及JVM是如何帮助咱们处理GC的，这个时候当出现这个问题的时候我就明白须要查找GC Root，或者查看GC日志，去查找这个问题的根源，这样就能处理这些问题。还有之前的在理解重载和重构的时候只是在表面去理解，当我看完这本书明白，原来在方法调用时候这些东西就生成处理，另外还有一个new到底经历那些事情等等一序列问题，若是你还在就纠结一些问题为何是这么处理的时候那你就去看Java虚拟机吧，或许会有不同的感悟，以上就是为何要学习Java虚拟机的缘由，可能有部分解释的不是很全面，我想在感悟方面在仔细说一下这个问题。

2、感悟？

      其实也算不上什么感悟，只是对一些问题认识更加深入而已，这里面咱们来谈一下GC，要探讨这个问题咱们须要从4个方面入手:

      1.JVM是如何分配内存的？

      2.如何才能保证正确的回收？

      3.JVM什么状况下触发GC以及GC的方式？

　 ４.如何监控和优化GC？

　首先从JVM内存分布开始：下图是JVM内存分布图

　

 

　１.线程计数器，是一块较小的内存空间，用来指定当前线程执行字节码的行数，每一个线程计数器都是私有的，由于每一个线程都须要记录执行的行数；这里解释一下为何每一个线程都须要一个线程计数器，JVM的多线程是经过线程轮流切换分配执行时间来实现的，在任什么时候刻，每一个处理器都只会执行一个线程中的指令，当线程进行切换的时，为了线程能恢复当正确的位置，因此每一个线程必须有个独立的线程计数器，这样才能保证线程之间不互相影响。

　　这里注意下，若是线程执行是一个Java方法的时候，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址；当执行的是Native的方法的时候，计数器指令为空；该内存区域是Java虚拟机惟一没有规定任何OutOfMemoryError的区域。

　２.Java虚拟栈，这个也是一个线程私有的，生命周期与线程是同步的，每一个方法在执行的同时，都会建立一个栈帧，用于存储局部变量表，操做数栈，动态连接，方法出入口等信息，每一个方法的调用到执行完成的过程就是一个栈帧入栈到出栈的过程；

　　这里解释一下局部变量表，局部变量表存储方法相关的局部变量，包括基本数据，对象引用和返回地址等。在局部变量表中，只有long和double类型会占用2个局部变量空间（Slot，对于32位机器，一个Slot就是32个bit），其它都是1个Slot。须要注意的是，局部变量表是在编译时就已经肯定好的，方法运行所须要分配的空间在栈帧中是彻底肯定的，在方法的生命周期内都不会改变。这部分东西我还想等下一篇博客的时候我想仔细说一下字节码的执行过程；

　　虚拟机栈规定了２种异常状况，一种是线程请求栈的深度大于虚拟机栈所容许的深度，这时候将会抛出StackOverflowError异常，若是当Java虚拟机容许动态扩展虚拟机栈的时候，当扩展的时候没办法分配到内存的时候就会报OutOfMemoryError异常；

    3.本地方法栈，与虚拟机栈执行的基本相同，惟一的区别就是虚拟机栈是执行Java方法的，本地方法栈是执行native方法的；

    4.Java堆，堆区是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，Java堆是被全部线程共享的内存区域，主要存储对象的实例。

       当堆中没有内存完成实例分配，而且堆没法扩展的时候，将会抛出OutOfMemoryError异常；当前虚拟机都是能够扩展的；

   5.方法区，这个也是线程共享的内存区域，存储被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译的代码数据等；

      方法区在物理上也是不须要连续的，能够选择固定大小或者扩展的大小，还能够选择不实现垃圾收集，方法区的垃圾回收是比较少的，这就是方法区为何被称为永久区的缘由，可是方法区也是能够执行回收的，该区域主要是针对常量池和类型的卸载；在方法区也规定当方法区没法知足内存分布的时候，将会抛出OutOfMemoryError异常；

      运行时常量是方法区的一部分，常量池主要用于存放编译生成的各类字面量和符合引用，因为常量池属于方法区的一部分，因此当常量池没有内存空间的时候就抛出OutOfMemoryError异常；

   6.直接内存，不是虚拟机运行时的一部分，能够直接访问堆外的内存；因此当内存空间没法动态扩展的时候就会出现OutOfMemoryError异常；

   以上基本是JVM内存分布的内容，简单的理解水满则溢出就是这个道理，系统的整个空间是一个大的容器，分不一样的部分或者桶去分担整个容量，当那个桶不够的时候天然会溢出。明白内存区域的分布咱们看下对象是如何分配在内存空间里面的?

  Java对象这里指的是引用类型的对象，这里用Student stu=new Student()为例子访问，Student stu做为引用对象，存在与Java虚拟机栈上，new Student()保存在Java堆中，堆中记录Student类型的信息包括方法，接口，对象类型等地址，这些类型的执行的数据存储在方法区中；

  这里须要说明一下对象访问的方式，主要包括2种句柄访问和直接指针访问：

 1. 句柄访问主要是Java堆中划分一块句柄池，虚拟机栈中存放句柄池中的地址，句柄池中包括对象的实例数据和对象类型的数据的地址，基本分布以下图：

  

   2.直接指针访问，就是虚拟机栈直接指向Java堆中的对象类型指针和对象的实例数据，而后对象类型指针在指向方法区中对象类型的实例数据，分布以下图：

 HotSpot就是第二种访问方式，优势在于访问速度快，省去一次指针开销时间，JVM内存分布基本介绍到这里，接下来讲下如何保证正确回收？

  回收是已经没有用的对象，那怎么判断一个对象没用引用？这里须要简单介绍2种方法:引用计数法和可达性分析算法；

  这里简单说一下引用计数法：对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用计数器就增长1，引用失效就减小1，计数器为0就不可用；缺点就在于没法处理对象直接相互引用的问题，由于相互引用之后没法使计数器为0，因此没法回收；

  可达性分析算法，也就是咱们常说的GC Root,，当一个对象没有与任何引用链相连的时候，就能够对该对象进行回收，下面是Java中GC Root对象使用的几个地方：

 

  

   以上对象简单就是分为可用和不可用这2种，如今Java对引用概念进行扩充：

  明白这些咱们基本明白JVM如何正确回收，接下来就是JVM什么状况下触发GC以及GC触发的方式?

  第一个问题比较容易回答固然是当内存空间不足的时候就须要触发GC，GC回收的时候采用的是分代收集的算法，主要分为年轻代和老年代，接下来咱们简单介绍一下这2种方式：

   年轻代：当一个对象被建立的时候，内存分配首先分配在年轻代，大部分对象建立之后都再也不使用，对象很快变得不可达，就是对象无用，因为垃圾是被年轻代清理掉的，因此被叫作Minor GC或者Young GC。

   老年代:对象若是在年轻代存活了足够长的时间而没有被清理掉（即在几回Young GC后存活了下来），则会被复制到年老代，年老代的空间通常比年轻代大，能存放更多的对象，在年老代上发生的GC次数也比年轻代少。当年老代内存不足时，将执行Major GC，也叫 Full GC。

   明白这2块主要存放什么东西之后接下来咱们看下GC的总体结构，看一个对象如何被Kill掉的流程：

   

   1.当一个对象被建立的时候(new)首先会在年轻代的Eden区被建立，直到当GC的时候，根据可达性算法，看一个对象是否消亡，没有消亡的对象会被放入年轻带的Survivor区，消亡的直接被Minor GC Kill掉；

   2.进入到Survivor区的对象也不是安全的，当下一次Minor GC来的时候仍是会检查Enden和Survivor存放对象区域中对象是否存活，存活放入另一块Survivor区域；

   3.当2个Survivor区切换几回之后，会直接进入老年代，固然进入到老年代也不是安全的，当老年代内存空间不足的时候，会触发Major GC,已经消亡的依然仍是被Kill掉；

   推荐一个这个写的很逗能够看下：http://blog.csdn.net/sd4015700/article/details/50109939

   接下来咱们还须要说一下GC的算法：标记--清除，复制，标记--整理这3种算法；

   

 

   

 

 

   了解算法和GC内存分布之后咱们接下来介绍垃圾回收器，这部份内容我不计划用文字去介绍，在第三个栏目我会将我对《深刻理解Java虚拟机》这本书的思惟导图，内容还不是很完善我正在整理中，可是有GC这部份内容包括各类参数配置，你们能够下载下来具体了解一下；

    最后咱们谈一下监控和优化，当年具有以上知识之后这些都将不是问题，因此工欲善其事必先利其器，这就是我要说的，剩下就是对工具操做，这些我认为不须要介绍也是能够的，固然我也推荐一个博客：http://blog.csdn.net/renfufei/article/details/56678064

3、结束语

    思惟导图工具:XMind

    百度云盘地址:连接：https://pan.baidu.com/s/1ge3eE2Z 密码：hox4 这部分我尚未完善全，正在努力中，应该大概须要1周左右的时间；若是没有百度云盘能够加入我QQ群：438836709，能够一块儿沟通学习Java的经验，群里面我也分享不少PDF的书籍，反正欢迎你们加入吧！固然我也会把这个文件完善之后上传到QQ群里面！！