jvm笔记

类的加载机制

类的加载

类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。

类的生命周期

类的生命周期包括这几个部分，加载、连接、初始化、使用和卸载，其中前三部是类的加载的过程,如下图；

1. 加载，查找并加载类的二进制数据，在Java堆中也创建一个java.lang.Class类的对象
2. 连接，连接又包含三块内容：验证、准备、初始化。1）验证，文件格式、元数据、字节码、符号引用验证；2）准备，为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值；3）解析，把类中的符号引用转换为直接引用
3. 初始化，为类的静态变量赋予正确的初始值
4. 使用，new出对象程序中使用
5. 卸载，执行垃圾回收

类初始化时机

1. 创建类的实例，也就是new的方式
2. 访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
3. 调用类的静态方法
4. 反射（如Class.forName(“com.shengsiyuan.Test”)）
5. 初始化某个类的子类，则其父类也会被初始化
6. Java虚拟机启动时被标明为启动类的类（Java Test），直接使用java.exe命令来运行某个主类

结束生命周期

•在如下几种情况下，Java虚拟机将结束生命周期
– 执行了System.exit()方法
– 程序正常执行结束
– 程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
– 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止

类加载器

1. 启动类加载器：Bootstrap ClassLoader，负责加载存放在JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安装目录，下同)下，或被-Xbootclasspath参数指定的路径中的，并且能被虚拟机识别的类库
2. 扩展类加载器：Extension ClassLoader，该加载器由sun.misc.Launcher ExtClassLoader实现，它负责加载DK\jre\lib\ext目录中，或者由java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库（如javax.∗开头的类），开发者可以直接使用扩展类加载器。3.应用程序类加载器：ApplicationClassLoader，该类加载器由sun.misc.Launcher $ExtClassLoader实现，它负责加载DK\text{jre}\text{lib}\text{ext}目录中，或者由java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库（如javax.\ast 开头的类），开发者可以直接使用扩展类加载器。3.应用程序类加载器：ApplicationClassLoader，该类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现，它负责加载用户类路径（ClassPath）所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器

JVM类加载机制

1. 全盘负责，当一个类加载器负责加载某个Class时，该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入，除非显示使用另外一个类加载器来载入
2. 父类委托，先让父类加载器试图加载该类，只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类
3. 缓存机制，缓存机制将会保证所有加载过的Class都会被缓存，当程序中需要使用某个Class时，类加载器先从缓存区寻找该Class，只有缓存区不存在，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换成Class对象，存入缓存区。这就是为什么修改了Class后，必须重启JVM，程序的修改才会生效

双亲委派机制:

双亲委派模型的工作流程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把请求委托给父加载器去完成，依次向上，因此，所有的类加载请求最终都应该被传递到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器在它的搜索范围中没有找到所需的类时，即无法完成该加载，子加载器才会尝试自己去加载该类。
1. 当AppClassLoader加载一个class时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给父类加载器ExtClassLoader去完成。
2. 当ExtClassLoader加载一个class时，它首先也不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给BootStrapClassLoader去完成。
3. 如果BootStrapClassLoader加载失败（例如在$JAVA_HOME/jre/lib里未查找到该class），会使用ExtClassLoader来尝试加载；
4. 若ExtClassLoader也加载失败，则会使用AppClassLoader来加载，如果AppClassLoader也加载失败，则会报出异常ClassNotFoundException。

双亲委派模型意义：

-系统类防止内存中出现多份同样的字节码
-保证Java程序安全稳定运行

深入理解Java类加载器

jvm内存结构

方法区和堆是所有线程共享的内存区域；而java栈、本地方法栈和程序员计数器是运行是线程私有的内存区域。
1. Java堆（Heap）,是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
2. 方法区（Method Area）,方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
3. 程序计数器（Program Counter Register）,程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
4. JVM栈（JVM Stacks）,与程序计数器一样，Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被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从入栈到出栈的过程。
5. 本地方法栈（Native Method Stacks）,本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务

对象分配规则

1. 对象优先分配在Eden区，如果Eden区没有足够的空间时，虚拟机执行一次Minor GC。
2. 大对象直接进入老年代（大对象是指需要大量连续内存空间的对象）。这样做的目的是避免在Eden区和两个Survivor区之间发生大量的内存拷贝（新生代采用复制算法收集内存）。
3. 长期存活的对象进入老年代。虚拟机为每个对象定义了一个年龄计数器，如果对象经过了1次Minor GC那么对象会进入Survivor区，之后每经过一次Minor GC那么对象的年龄加1，知道达到阀值对象进入老年区。
4. 动态判断对象的年龄。如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代。
5. 空间分配担保。每次进行Minor GC时，JVM会计算Survivor区移至老年区的对象的平均大小，如果这个值大于老年区的剩余值大小则进行一次Full GC，如果小于检查HandlePromotionFailure设置，如果true则只进行Monitor GC,如果false则进行Full GC。

控制参数

-Xms设置堆的最小空间大小。
-Xmx设置堆的最大空间大小。
-Xmn：新生代的大小
-XX:NewSize设置新生代最小空间大小。
-XX:MaxNewSize设置新生代最大空间大小。
-XX:PermSize设置永久代最小空间大小。
-XX:MaxPermSize设置永久代最大空间大小。
-Xss设置每个线程的堆栈大小。
-XX:MetaspaceSize，初始空间大小，达到该值就会触发垃圾收集进行类型卸载，同时GC会对该值进行调整：如果释放了大量的空间，就适当降低该值；如果释放了很少的空间，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提高该值。
-XX:MaxMetaspaceSize，最大空间，默认是没有限制的。
-XX:MinMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最小的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为分配空间所导致的垃圾收集
-XX:MaxMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最大的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为释放空间所导致的垃圾收集

Minor GC、Major GC和Full GC之间的区别

Minor GC 会清理年轻代的内存。
Major GC 是清理老年代。
Full GC 是清理整个堆空间—包括年轻代和老年代。

过程

1. 新生代有一个Eden区和两个survivor区，首先将对象放入Eden区，如果空间不足就向其中的一个survivor区上放，如果仍然放不下就会引发一次发生在新生代的minor GC，将存活的对象放入另一个survivor区中，然后清空Eden和之前的那个survivor区的内存。在某次GC过程中，如果发现仍然又放不下的对象，就将这些对象放入老年代内存里去。
2. 大对象以及长期存活的对象直接进入老年区。
3. 当每次执行minor GC的时候应该对要晋升到老年代的对象进行分析，如果这些马上要到老年区的老年对象的大小超过了老年区的剩余大小，那么执行一次Full GC以尽可能地获得老年区的空间。

PermGen与Metaspace

常量池

1. 在java7的时候将字符串常量池则移到java heap
   所有的被intern的String被存储在PermGen区.PermGen区使用-XX:MaxPermSize=N来设置最大大小，但是由于应用程序string.intern通常是不可预测和不可控的，因此不好设置这个大小。设置不好的话，常常会引起java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
2. java 8的字符串常量池在堆中实现
   字符串常量池被限制在整个应用的堆内存中，在运行时调用String.intern()增加字符串常量不会使永久代OOM了。

方法区的变化

java8的时候去除PermGen，将其中的方法区移到non-heap中的Metaspace
Metaspace与PermGen之间最大的区别在于：Metaspace并不在虚拟机中，而是使用本地内存。

OOM异常

如果类元数据的空间占用达到MaxMetaspaceSize设置的值，将会触发对象和类加载器的垃圾回收。
java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace space

好处

　1、字符串存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出。
　2、类及方法的信息等比较难确定其大小，因此对于永久代的大小指定比较困难，太小容易出现永久代溢出，太大则容易导致老年代溢出。
　3、永久代会为 GC 带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低。
新生代：复制清理；
老年代：标记-清除和标记-整理算法；
聊聊jvm的PermGen与Metaspace

GC算法 垃圾回收

对象存活判断

1. 引用计数：每个对象有一个引用计数属性，新增一个引用时计数加1，引用释放时计数减1，计数为0时可以回收。此方法简单，无法解决对象相互循环引用的问题。
2. 可达性分析（Reachability Analysis）：从GC Roots开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的，不可达对象。

算法

1. 标记 -清除算法
   “标记-清除”（Mark-Sweep）算法，如它的名字一样，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。之所以说它是最基础的收集算法，是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其缺点进行改进而得到的。
   它的主要缺点有两个：一个是效率问题，标记和清除过程的效率都不高；另外一个是空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致，当程序在以后的运行过程中需要分配较大对象时无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

2. 复制算法
   “复制”（Copying）的收集算法，它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。
   这样使得每次都是对其中的一块进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为原来的一半，持续复制长生存期的对象则导致效率降低。

3. 标记-压缩算法
   复制收集算法在对象存活率较高时就要执行较多的复制操作，效率将会变低。更关键的是，如果不想浪费50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况，所以在老年代一般不能直接选用这种算法。
4. 标记-整理
   根据老年代的特点，有人提出了另外一种“标记-整理”（Mark-Compact）算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存
5. 分代收集算法
   GC分代的基本假设：绝大部分对象的生命周期都非常短暂，存活时间短。
   “分代收集”（Generational Collection）算法，把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记-清理”或“标记-整理”算法来进行回收。

垃圾回收器

1. Serial收集器，串行收集器是最古老，最稳定以及效率高的收集器，可能会产生较长的停顿，只使用一个线程去回收。少量的cpu,小的存储，年轻代的回收。复制算法、串行回收、”stop-the-world”机制
2. ParNew收集器，ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本。年轻代的多线程版，在低延迟的情况下，可以和CMS一起使用。复制算法、并行回收、”stop-the-world”机制
3. Parallel收集器，Parallel Scavenge收集器类似ParNew收集器，Parallel收集器更关注系统的吞吐量。-XX:+UseParallelGC:年轻代并行，老年代串行；-XX:+UseParallelOldGC:年轻代和老年代都是并行。 复制算法、并行回收、”stop-the-world”机制
4. Parallel Old 收集器，Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记－整理”算法，”stop-the-world”
5. CMS收集器，CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的老年代收集器。多线程和“标记－清除”算法，”stop-the-world”
6. G1收集器，G1 (Garbage-First)是一款面向服务器的垃圾收集器,主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器. 以极高概率满足GC停顿时间要求的同时,还具备高吞吐量性能特征

CMS收集器

4个主要阶段

1. 初始标记：标记出内存中那些被根对象集合所连接的目标对象是否可达，会stop-the-world
2. 并发标记：讲之前标记不可以达的对象标记成垃圾对象
3. 再次标记：确定这些垃圾对象能够成功且准确的标记，会stop-the-world

4. 并发清除;释放无用对象占用的内存空间

   优点缺点：

5. 初始标记和再次标记会stop-the-world，时间会很短
   
   1. 会产生内存碎片

GC分析 命令调优

调优命令

1. jps，JVM Process Status Tool,显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程。
2. jstat，JVM statistics Monitoring是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令，它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。
3. jmap，JVM Memory Map命令用于生成heap dump文件
4. jhat，JVM Heap Analysis Tool命令是与jmap搭配使用，用来分析jmap生成的dump，jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump的分析结果后，可以在浏览器中查看
5. jstack，用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。
6. jinfo，JVM Configuration info 这个命令作用是实时查看和调整虚拟机运行参数。

堆外内存

finalize