1. java內(nèi)存區(qū)域與內(nèi)存溢出異常
? java虛擬機(jī)在執(zhí)行java程序的過程中會(huì)把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。java 虛擬機(jī)管理的內(nèi)存包括以下幾個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域：程序計(jì)數(shù)器，java 虛擬機(jī)棧，本地方法棧，java堆，方法區(qū)，運(yùn)行時(shí)常量區(qū)。
1.1運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)
1.1.1程序計(jì)數(shù)器（線程私有）
? 程序計(jì)數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存區(qū)間，它可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。字節(jié)碼解釋器工作時(shí)就是通過改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，分支，循環(huán)，跳轉(zhuǎn)，異常處理，線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個(gè)計(jì)數(shù)器來完成。
? 為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器，各線程之間計(jì)數(shù)器互不影響，獨(dú)立存儲(chǔ)。
? 線程執(zhí)行java方法，計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址。執(zhí)行Native方法，計(jì)數(shù)器值為空（undefined）。
? 此內(nèi)存區(qū)域是虛擬機(jī)規(guī)范中唯一沒有規(guī)定任何oom情況的區(qū)域。
1.1.2 java虛擬機(jī)棧（私有）
? 虛擬機(jī)棧描述的是java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，每個(gè)方法執(zhí)行的同時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（stack frame）用于存儲(chǔ)局部變量表，操作數(shù)棧，動(dòng)態(tài)鏈接，方法出入口等信息。方法從調(diào)用到執(zhí)行完成對(duì)應(yīng)著棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧到出棧過程。
常說的棧內(nèi)存（stack）也就是虛擬機(jī)棧，或者說虛擬機(jī)棧中局部變量表部分。表中存放了編譯期可知的各種基本類型數(shù)據(jù)（boolean，byte，char，short，int，float，long，double），對(duì)象引用（reference類型，不等同于對(duì)象本身，可能是一個(gè)指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔?，也可能是指向一個(gè)代表對(duì)象的句柄或其他與此對(duì)象相關(guān)的位置）和returnAddress類型（指向了一條字節(jié)碼指令的地址）。
? long，doube（64位長度）類型的數(shù)據(jù)占用2個(gè)局部變量空間，其余數(shù)據(jù)類型占用一個(gè)。表中所需的內(nèi)存在編譯期間完成分配，進(jìn)入一個(gè)方法時(shí)，方法需要在棧中分配多大的局部變量空間是完全確定的，方法運(yùn)行期間不會(huì)改變局部變量表的大小。
對(duì)該區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況：如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，拋出StackOverflowError,如果虛擬機(jī)擴(kuò)展時(shí)無法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存，將會(huì)拋出OOMError。
1.1.3 本地方法棧（私有）
? 與虛擬機(jī)棧作用類似，虛擬機(jī)棧執(zhí)行java方法，本地方法棧執(zhí)行native方法。
1.1.4 java堆（共享）
? 虛擬機(jī)創(chuàng)建時(shí)啟動(dòng)，目的是存放對(duì)象實(shí)例，幾乎所有對(duì)象的實(shí)例都在這里分配內(nèi)存。是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，也稱為“（GC堆）”（garbage collection heap）。
從內(nèi)存回收角度，收集器基本都采用分代收集算法，java堆可分為新生代和老生代。
? java堆可處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，只要邏輯上是連續(xù)的即可。
如果在堆中沒有內(nèi)存完成實(shí)例分配，并且堆也無法再擴(kuò)展時(shí)，會(huì)拋出oom。
1.1.5 方法區(qū)（共享）
? 存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息，常量，靜態(tài)變量，即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。
? 這個(gè)區(qū)域的內(nèi)存回收目標(biāo)主要是針對(duì)常量池的回收和對(duì)類型的卸載。當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時(shí)，會(huì)拋出oom。
1.1.6 運(yùn)行時(shí)常量池
屬于方法區(qū)的一部分，用于存放編譯期生成各種字面量和符號(hào)引用，這部分內(nèi)容將在類加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中存放。
? 除了保存class文件中描述的符號(hào)引用外，還會(huì)把翻譯出來的直接引用也存儲(chǔ)在池中。此外，運(yùn)行時(shí)也可將新的常量放入池中（string的intern（）方法）。
? 當(dāng)常量池?zé)o法申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)拋出oom。
1.2 虛擬機(jī)對(duì)象
1.2.1 對(duì)象的創(chuàng)建
? 虛擬機(jī)遇到new指令時(shí)，首先將去檢查這個(gè)指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到一個(gè)類的符號(hào)引用，并且檢查這個(gè)符號(hào)引用所代表的類是否已經(jīng)被加載，解析和初始化過。如果沒有就去執(zhí)行類加載過程。類加載檢查通過后，虛擬機(jī)將為新生對(duì)象分配內(nèi)存，所需的內(nèi)存大小在類加載完成后便可確定，為對(duì)象分配空間的任務(wù)等同于把一塊確定大小的內(nèi)存從java堆中劃分出來。
? 內(nèi)存分配完成后，虛擬機(jī)需要將分配到的內(nèi)存空間都初始化為零值，保證了對(duì)象的實(shí)例字段在java代碼中可以不賦初始值就直接使用，程序?qū)⒃L問到對(duì)應(yīng)的零值。
next，虛擬機(jī)將把這個(gè)對(duì)象是那個(gè)類的實(shí)例，如何找到累的元數(shù)據(jù)信息，對(duì)象的哈希碼，GC分代年齡等信息放在對(duì)象頭中。
至此，從虛擬機(jī)角度看新對(duì)象已產(chǎn)生，但從java角度，對(duì)象創(chuàng)建剛剛開始，方法還沒執(zhí)行，所有字段都還為零。所以，一般來說，執(zhí)行new指令后會(huì)執(zhí)行方法，把對(duì)象進(jìn)行初始化來產(chǎn)生真正可用的對(duì)象。
1.2.2 對(duì)象的內(nèi)存布局
? 對(duì)象在內(nèi)存中布局可分為3塊區(qū)域：對(duì)象頭，實(shí)例數(shù)據(jù)，對(duì)齊填充。
? 對(duì)象頭包括兩部分：
? 1.用于存儲(chǔ)對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，如哈希嗎，GC分代年齡等。
2.類型指針，即對(duì)象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)通過這個(gè)指針來確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例。
實(shí)例數(shù)據(jù)是對(duì)象真正存儲(chǔ)的有效信息，也是程序代碼中所定義的各種類型的字段內(nèi)容。在父類中定義的變量會(huì)出現(xiàn)在子類之前。
? 3.對(duì)齊填充不是必然存在的。自動(dòng)內(nèi)存管理系統(tǒng)要求對(duì)象起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍。
1.2.3 對(duì)象的訪問定位
? java程序需要通過棧上的reference數(shù)據(jù)來操作操作堆上的具體對(duì)象。主流的訪問方式有使用句柄和直接指針兩種。
句柄訪問：java堆中劃分出一塊內(nèi)存作為句柄，reference中存儲(chǔ)的就是對(duì)象的句柄地址，而句柄中包含了對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自的具體地址信息。好處：reference中存儲(chǔ)的是穩(wěn)定的句柄地址，在對(duì)象移動(dòng)（垃圾收集時(shí)移動(dòng)對(duì)象時(shí)非常普遍的行為）時(shí)只會(huì)改變句柄中的實(shí)例數(shù)據(jù)指針，reference本身不需要修改。
指針訪問：reference數(shù)據(jù)中存儲(chǔ)的直接就是對(duì)象地址。好處：速度更快。對(duì)象訪問十分頻繁，積少成多后將成為非?？陀^的執(zhí)行成本。
2 .垃圾收集器與內(nèi)存分配策略
? ?程序計(jì)數(shù)器，虛擬機(jī)，本地方法棧等3個(gè)區(qū)域隨線程而生，隨線程而滅。每一個(gè)棧幀分配多少內(nèi)存基本上是類結(jié)構(gòu)確定下來時(shí)就已知的。
? java堆和方法區(qū)在程序處于運(yùn)行期間才會(huì)知道會(huì)創(chuàng)建哪些對(duì)象，這部分內(nèi)存的分配和回收都是動(dòng)態(tài)的，垃圾收集器所關(guān)注的是這部分內(nèi)存。
2.1 判斷對(duì)象是否存活
? 引用計(jì)數(shù)算法：很少使用，難以解決對(duì)象之間相互循環(huán)引用的問題。
可達(dá)性分析算法：java，c#都用可達(dá)性分析判斷對(duì)象是否存活。思路：通過一系列稱為“GC Roots”的對(duì)象為起始點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)向下搜索，搜索走過的路徑稱為引用連，當(dāng)一個(gè)對(duì)象到GC Roots沒有任何引用鏈相關(guān)連時(shí)，對(duì)象不可用。
? 可以作為GC Root 引用點(diǎn)的是：
? 虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地變量表）中的引用的對(duì)象。
? 方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對(duì)象。
? 方法區(qū)中常量引用指向的對(duì)象。
Native方法中JNI（一般所說的native）引用的對(duì)象。
2.2 生存還是死亡
? 即時(shí)在可達(dá)性分析算法中不可達(dá)的對(duì)象也不是非死不可。宣告一個(gè)對(duì)象死亡至少經(jīng)歷兩次標(biāo)記過程：如果對(duì)象在進(jìn)行可達(dá)性分析后沒有與GC Root相連接的引用鏈，那它將會(huì)被第一次標(biāo)記并且進(jìn)行一次篩選，篩選條件是此對(duì)象是否有必要執(zhí)行finalize（）方法。
1.當(dāng)對(duì)象沒有覆蓋finalize（），finalize（）已經(jīng)被虛擬機(jī)調(diào)用過，虛擬機(jī)將這兩種情況視為沒有必要執(zhí)行。
? 2.對(duì)象有必要執(zhí)行finalize（）方法，這個(gè)對(duì)象會(huì)放在F-Queue的隊(duì)列中。稍后，GC將對(duì)F-Queue中的對(duì)象進(jìn)行第二次小規(guī)模標(biāo)記，如果對(duì)象要在finalize（）中拯救自己，只要重新與引用鏈上的任何一個(gè)對(duì)象建立關(guān)聯(lián)即可。如果這時(shí)候?qū)ο筮€沒有逃脫，那么他就真的被回收了。
2.3 垃圾回收算法
2.3.1 標(biāo)記—清除算法
? 最基礎(chǔ)的收集算法是“標(biāo)記-清除”算法：首先標(biāo)記出所有需要回收的對(duì)象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對(duì)象。不足：1.標(biāo)記和清除兩個(gè)過程的效率不高。2.空間問題，標(biāo)記清除之后會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，空間碎片太多可能會(huì)導(dǎo)致以后在程序運(yùn)行過程中需要分配大對(duì)象時(shí)，無法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前觸發(fā)另一次垃圾收集動(dòng)作。
2.3.2 復(fù)制算法
? 把內(nèi)存劃分成等量的兩塊，每次只使用一塊。一塊用完后把存活著的對(duì)象復(fù)制到另外一塊上面，然后把已使用過的內(nèi)存空間一次清理掉。優(yōu)點(diǎn)：每次對(duì)整個(gè)半?yún)^(qū)進(jìn)行內(nèi)存回收，內(nèi)存分配時(shí)就不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況，只要移動(dòng)堆頂指針，按順序分配內(nèi)存即可，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)行高效。缺點(diǎn)：內(nèi)存縮小為原來的一半，代價(jià)太大。
目前商業(yè)虛擬機(jī)都采用這種算法來回收新生代。因?yàn)樾律浅λ?，所以不需要按?:1的比例來劃分內(nèi)存空間而是劃分成較大的Eden空間和兩塊較小的survivor空間，每次使用Eden空間和一塊survivor空間?；厥諘r(shí)把Eden和survivor空間中存活的對(duì)象一次復(fù)制到另一個(gè)survivor空間，然后清理Eden和survivor空間。
2.3.3 標(biāo)記—整理算法
? 主要用于老年代，標(biāo)記過程與“標(biāo)記-清除”算法一樣，但后續(xù)不是直接對(duì)可回收對(duì)象進(jìn)行清理，而是讓所有存活的對(duì)象都向一端移動(dòng)，然后直接清理掉端邊以外的內(nèi)存。
2.3.4 分代收集算法
? 當(dāng)前商業(yè)虛擬機(jī)的垃圾收集都采用“分代收集”算法，根據(jù)對(duì)象存活周期把內(nèi)存分為幾塊，一般是把java堆分為新生代和老生代，這樣可以根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)采用最合適的收集算法。
在新生代中，每次垃圾收集時(shí)都有大批對(duì)象死去，之后少量存活，那就選用復(fù)制算法。老年代中因?yàn)閷?duì)象存活率高，沒有額外空間對(duì)它進(jìn)行分配擔(dān)保，就必須使用“標(biāo)記-清理”或者“標(biāo)記-整理”算法來進(jìn)行回收。
2.4 hotspot的算法實(shí)現(xiàn)
? hotspot虛擬機(jī)上實(shí)現(xiàn)以上算法的時(shí)候，必須對(duì)算法的執(zhí)行效率有嚴(yán)格的考量，才能保證虛擬機(jī)高效運(yùn)行。
2.4.1 枚舉根節(jié)點(diǎn)
如果在應(yīng)用中使用可達(dá)性分析從GC Root節(jié)點(diǎn)找引用鏈這個(gè)操作，會(huì)消耗很多時(shí)間。（可作為GC Root節(jié)點(diǎn)的主要在全局性引用（例如常量或類靜態(tài)屬性）與執(zhí)行上下文中（例如棧幀中的本地變量表））而且，可達(dá)性分析對(duì)執(zhí)行時(shí)間的敏感性還體現(xiàn)在GC停頓上，因?yàn)樵摲治龉ぷ鞣治銎陂g整個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)看起來就像被凍住在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，不可以出現(xiàn)分析過程中對(duì)象引用關(guān)系還在不斷變化的情況。這是導(dǎo)致GC進(jìn)行時(shí)必須停頓所有java執(zhí)行線程的其中一個(gè)重要原因。
? 主流的java虛擬機(jī)使用的是準(zhǔn)確式GC（虛擬機(jī)可以知道內(nèi)存中某個(gè)位置的數(shù)據(jù)具體是什么類型），所以當(dāng)系統(tǒng)停頓下來之后，不需要一個(gè)不漏的檢查完所有的執(zhí)行上下文和全覺得引用位置，虛擬機(jī)有辦法直接得知哪些位置存放著對(duì)象引用。在hotpot的實(shí)現(xiàn)中，用OopMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，在類加載完成后，就把對(duì)象內(nèi)什么偏移量上是什么類型的數(shù)據(jù)計(jì)算出來，在jit編譯過程中也會(huì)在特定的位置記錄下棧和寄存器中哪些位置是引用。這樣，GC在掃描的時(shí)候就可以直接得知這些信息了。
2.4.2 安全點(diǎn)
? OopMap只在特定的位置記錄這些信息，這些位置稱為“安全點(diǎn)”。即程序執(zhí)行時(shí)并非在所有的地方都能停下來開始GC，只有在到達(dá)安全點(diǎn)時(shí)才能暫停。
? 安全點(diǎn)選取需要考慮兩點(diǎn)：
? 1.安全點(diǎn)的選定不能讓GC等待時(shí)間人太長，也不能過于頻繁以至于過分增大運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷。所以安全點(diǎn)的選定事宜程序是否具有讓程序長時(shí)間執(zhí)行的特征為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選定的。長時(shí)間的最明顯特征就是指令復(fù)用，例如方法調(diào)用，循環(huán)跳轉(zhuǎn)，異常跳轉(zhuǎn)等，所有具有這些功能的指令才會(huì)產(chǎn)生安全點(diǎn)。
? 2.如何在GC發(fā)生時(shí)讓所有的線程都跑到安全點(diǎn)上再停下來。1.可選用搶先式中斷，不需要線程的執(zhí)行代碼去主動(dòng)配合，在GC發(fā)生時(shí)，首先把所有線程全部中斷，如果發(fā)現(xiàn)有線程中斷的地方不在安全點(diǎn)上，就恢復(fù)線程，讓它跑到安全點(diǎn)上。2選用主動(dòng)式中斷，當(dāng)GC需要中斷線程時(shí)，不直接對(duì)線程操作，設(shè)置一個(gè)標(biāo)志，各線程執(zhí)行時(shí)主動(dòng)去輪詢這個(gè)標(biāo)志，發(fā)現(xiàn)中斷標(biāo)志為真就自己中斷掛起，輪詢標(biāo)志的地方和安全點(diǎn)時(shí)重合的，另外再加上創(chuàng)建對(duì)象需要分配內(nèi)存的地方。
2.4.3 安全區(qū)域
? 當(dāng)程序不執(zhí)行時(shí)，沒有分配cpu時(shí)間（比如線程處于sleep狀態(tài)活著blocked狀態(tài)），這時(shí)候線程時(shí)無法響應(yīng)jvm的中斷請(qǐng)求，走到安全點(diǎn)去中斷掛起，jvm也不太可能等待線程重新被分配cpu時(shí)間。這時(shí)需要安全區(qū)域來解決。
? 安全區(qū)域是指在一段代碼片段中，引用關(guān)系不會(huì)發(fā)生變化，這個(gè)區(qū)域中任意地方開始GC都是安全的。可以看作被擴(kuò)展了的安全點(diǎn)。
2.5垃圾收集器
2.5.1 serial收集器（單線程）
? 這是最基本，發(fā)展歷史最悠久的收集器。是虛擬機(jī)運(yùn)行在client模式下默認(rèn)的新生代收集器。
? 用一個(gè)cpu或一條收集線程完成垃圾收集工作，在進(jìn)行垃圾收集時(shí)必須暫停其他所有的工作線程，直到它收集結(jié)束。
? 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單而高效。對(duì)于限定單個(gè)cpu的環(huán)境來說，沒有線程交互的開銷，專心做垃圾收集可以獲得最高的單線程收集效率。
2.5.2 parnew收集器（多線程）
? 是serial收集器的多線程版本。時(shí)許多運(yùn)行在server模式下虛擬機(jī)中首選的新生代收集器。只有它能與cms收集器配合工作。
? 在單cpu情況下不如serial，但是多cpu有優(yōu)勢(shì)。
2.5.3 parallel scavenge 收集器 （多線程）
? 新生代收集器，使用復(fù)制算法，并行的多線程收集器。
? 達(dá)到可控制的吞吐量，可以高效的利用cpu時(shí)間，盡快完成運(yùn)算任務(wù)。適合在后臺(tái)運(yùn)算而不需要太多交互的任務(wù)。
2.5.4 serial old 收集器 （單線程）
? 是serial的老年代版本。
2.5.5 parallel old 收集器 （多線程）
? 是parallel的老年代版本。
2.5.6 cms收集器（多線程）
? 盡可能地縮短垃圾收集時(shí)用戶線程的停頓時(shí)間，良好的響應(yīng)速度能提升用戶體驗(yàn)。
2.5.7 G1收集器
?
2.6 內(nèi)存分配與回收策略
java內(nèi)存體系中所提倡的自動(dòng)內(nèi)存管理最終可以歸結(jié)為自動(dòng)化的解決了兩個(gè)問題：給對(duì)象分配內(nèi)存及回收分配給對(duì)象的內(nèi)存（垃圾收集器體系以及運(yùn)作原理）。
對(duì)象的內(nèi)存分配就是在堆上分配，對(duì)象主要分配在新生代的Eden區(qū)上，少數(shù)情況下也可能會(huì)直接分配在老年代中。
以下為集體哦啊最普遍的內(nèi)存分配規(guī)則：
2.6.1 對(duì)象優(yōu)先在Eden分配
新生代GC：指發(fā)生在新生代的垃圾收集動(dòng)作，因?yàn)閖ava對(duì)象大多都具備朝生夕滅的特性，所以新生代GC十分頻繁，一般回收速度也比較快。
老年代GC：指發(fā)生在老年代的GC，出現(xiàn)了老年代GC，經(jīng)常會(huì)伴隨至少一次的新生代GC。速度比新生代GC慢10倍以上。
大多數(shù)情況下，對(duì)象在新生代Eden區(qū)中分配，當(dāng)該區(qū)沒有足夠空間進(jìn)行分配時(shí)，虛擬機(jī)將發(fā)起一次新生代GC。
2.6.2 大對(duì)象直接進(jìn)入老年代
大對(duì)象是指需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的java對(duì)象，最典型的就是那種長的字符串以及數(shù)組。
2.6.3 長期存活的對(duì)象將進(jìn)入老年代
虛擬機(jī)給每個(gè)對(duì)象定義了一個(gè)對(duì)象年齡（age）計(jì)數(shù)器，如果對(duì)象在Eden出生并經(jīng)過第一次新生代GC后仍然存活，并且能被survivor容納的話，將被移動(dòng)到 survivor空間中，并且對(duì)象年齡設(shè)為1。每在survivor區(qū)中安過一次新生代GC,age都會(huì)增加1，年齡增加到一定程度（默認(rèn)15）會(huì)被晉升到老年代中。
2.6.4 動(dòng)態(tài)對(duì)象年齡判定
虛擬機(jī)并不是永遠(yuǎn)要求對(duì)象的年齡必須達(dá)到最大（15）才能晉升到老年代。如果survivor空間中相同年齡所有對(duì)象的大小總和大于survivor空間的一半， 年齡大于或等于該年齡的對(duì)象就可直接進(jìn)入老年代，不需要按照最大年齡來。
2.6.5 空間分配擔(dān)保
發(fā)生新生代GC之前，虛擬機(jī)會(huì)先檢查老年代中最大可用連續(xù)空間是否大于新生代所有對(duì)象總空間。成立則新生代GC確保是安全的。如果不成立，虛擬機(jī)會(huì)產(chǎn)看是否允許分配擔(dān)保失敗，如果允許會(huì)繼續(xù)檢查老年代中最大可用連續(xù)空間是否大于歷次晉升到老年代對(duì)象的平均大小，如果大于嘗試進(jìn)行一次新生代GC（有風(fēng)險(xiǎn)）。如果小于，或者不允許就會(huì)進(jìn)行老年代GC。
