1. JVM（https：//blog.csdn.net/qq_41701956/article/details/81664921）

• JVM的作用：解釋運行字節(jié)碼程序消除平臺相關性。jvm將java字節(jié)碼解釋為具體平臺的具體指令。一般的高級語言如要在不同的平臺上運行，至少需要編譯成不同的目標代碼。而引入JVM后，Java語言在不同平臺上運行時不需要重新編譯。Java語言使用模式Java虛擬機屏蔽了與具體平臺相關的信息，使得Java語言編譯程序只需生成在Java虛擬機上運行的目標代碼（字節(jié)碼），就可以在多種平臺上不加修改地運行。Java虛擬機在執(zhí)行字節(jié)碼時，把字節(jié)碼解釋成具體平臺上的機器指令執(zhí)行。

• JVM常見問題：https：//mp.weixin.qq.com/s/Xo3_ZTVruhFSTMSrmJLvrw

• JVM知識結構圖

  
  
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• JVM內(nèi)存結構圖

  
  
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• 程序計數(shù)器：內(nèi)存空間小，線程私有。字節(jié)碼解釋器工作是就是通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行指令的字節(jié)碼指令，分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處理、線程恢復等基礎功能都需要依賴計數(shù)器完成。唯一一個在 Java 虛擬機規(guī)范中沒有規(guī)定任何 OutOfMemoryError 情況的區(qū)域。

• 虛擬機棧：線程私有，生命周期和線程一致。描述的是 Java 方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個方法在執(zhí)行時都會床創(chuàng)建一個棧幀(Stack Frame)用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個方法從調(diào)用直至執(zhí)行結束，就對應著一個棧幀從虛擬機棧中入棧到出棧的過程。

• 本地方法棧：Java 虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行 Java 方法(也就是字節(jié)碼)服務，而本地方法棧則為虛擬機使用到的 Native 方法服務。

• 堆：對于絕大多數(shù)應用來說，這塊區(qū)域是 JVM 所管理的內(nèi)存中最大的一塊。線程共享，主要是存放對象實例和數(shù)組。內(nèi)部會劃分出多個線程私有的分配緩沖區(qū)(Thread Local Allocation Buffer, TLAB)?？梢晕挥谖锢砩喜贿B續(xù)的空間，但是邏輯上要連續(xù)。

• 方法區(qū)：屬于共享內(nèi)存區(qū)域，存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。

• 運行時常量池：屬于方法區(qū)一部分，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用。編譯器和運行期(String 的 intern() )都可以將常量放入池中。內(nèi)存有限，無法申請時拋出 OutOfMemoryError。

• 直接內(nèi)存：非虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)的部分

2. 虛擬機棧結構

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3. Java內(nèi)存模型（JMM）

??Java內(nèi)存模型(簡稱JMM)，是一種規(guī)范。JMM決定一個線程對共享變量的寫入何時對另一個線程可見。從抽象的角度來看，JMM定義了線程和主內(nèi)存之間的抽象關系：線程之間的共享變量存儲在主內(nèi)存（main memory）中，每個線程都有一個私有的本地內(nèi)存（local memory），本地內(nèi)存中存儲了該線程以讀/寫共享變量的副本。線程對變量的操作只能在各自線程的工作內(nèi)存操作。
JMM的三大特性：

• 可見性
• 原子性

• 有序性
  本地內(nèi)存是JMM的一個抽象概念，并不真實存在。它涵蓋了緩存，寫緩沖區(qū)，寄存器以及其他的硬件和編譯器優(yōu)化。其關系模型圖如下圖所示：

  
  
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4. JVM 調(diào)優(yōu)，查看 JVM 參數(shù)默認值

• jps -v 可以查看 jvm 進程顯示指定的參數(shù)
• 使用 -XX：+PrintFlagsFinal 可以看到 JVM 所有參數(shù)的值
• jinfo 可以實時查看和調(diào)整虛擬機各項參數(shù)
• jstat -gc 12538 5000即會每5秒一次顯示進程號為12538的java進程的GC情況

5. OOM排查方法

1)先查看應用進程號pid：ps -ef | grep 應用名
2)查看pid垃圾回收情況：  jstat  -gc  pid  5000（時間間隔）
3)開啟OOM快照： 
  -XX：+HeapDumpOnOutOfMemoryError（開啟堆快照）
  -XX：HeapDumpPath=C：/m.hprof（保存文件到哪個目錄）
4)dump 查看方法棧信息：jstack  -l  pid  >  /home/test/jstack.txt
5)dump 查看JVM內(nèi)存分配以及使用情況：jmap  -heap  pid  >  /home/test/jmapHeap.txt
6)dump jvm二進制的內(nèi)存詳細使用情況

6. 類加載

• 類加載器：

  
  
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• 類加載過程：加載，驗證，準備，解析，初始化

  
  
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• 加載：加載是類加載過程中的一個階段，這個階段會在內(nèi)存中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象，作為方法區(qū)這個類的各種數(shù)據(jù)的入口。

• 驗證：確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息是否符合當前虛擬機的要求，并且不會危害虛擬機自身的安全。

• 準備：準備階段是正式為類變量分配內(nèi)存并設置類變量的初始值階段，即在方法區(qū)中分配這些變量所使用的內(nèi)存空間。

• 解析：解析階段是指虛擬機將常量池中的符號引用替換為直接引用的過程。

• 初始化：初始化階段是執(zhí)行類構造器<client>方法的過程。到了初始階段，才開始真正執(zhí)行類中定義的Java程序代碼。

• 雙親委派模型

  • 定義：除了頂層的啟動類加載器外，其余的類加載器都應有自己的父類加載器，這里類加載器之間的父子關系一般通過組合（Composition）關系來實現(xiàn)，而不是通過繼承（Inheritance）的關系實現(xiàn)。
  • 工作過程：如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載，而是把這個請求委派給父類加載器，每一個層次的加載器都是如此，依次遞歸，因此所有的加載請求最終都應該傳送到頂層的啟動類加載器中，只有當父加載器反饋自己無法完成此加載請求（它搜索范圍中沒有找到所需類）時，子加載器才會嘗試自己加載。
  • 優(yōu)點：使用雙親委派模型來組織類加載器之間的關系，使得Java類隨著它的類加載器一起具備了一種帶有優(yōu)先級的層次關系。例如類java.lang.Object，它存放再rt.jar中，無論哪個類加載器要加載這個類，最終都是委派給處于模型最頂端的啟動類加載器進行加載，因此Object類在程序的各種類加載器環(huán)境中都是同一個類。
  • 打破雙親委派機制的方法：重寫loadclass()方法
  • 打破雙親委派機制的例子：
    • Tomcat，應用的類加載器優(yōu)先自行加載應用目錄下的 class，并不是先委派給父加載器，加載不了才委派給父加載器。打破的目的是為了完成應用間的類隔離。
    • JDK 9，Extension ClassLoader 被 Platform ClassLoader 取代，當平臺及應用程序類加載器收到類加載請求，在委派給父加載器加載前，要先判斷該類是否能夠歸屬到某一個系統(tǒng)模塊中，如果可以找到這樣的歸屬關系，就要優(yōu)先委派給負責那個模塊的加載器完成加載。打破的原因，是為了添加模塊化的特性。
  • 沙箱安全機制：防止惡意代碼污染java源代碼。

7. JVM加載class文件的原理

??JVM中類的裝載是由ClassLoader和它的子類來實現(xiàn)的，Java ClassLoader 是一個重要的Java運行時系統(tǒng)組件，它負責在運行時查找和裝入類文件的類。
??Java中的所有類，都需要由類加載器裝載到JVM中才能運行。類加載器本身也是一個類，而它的工作就是把class文件從硬盤讀取到內(nèi)存中。在寫程序的時候，我們幾乎不需要關心類的加載，因為這些都是隱式裝載的，除非我們有特殊的用法，像是反射，就需要顯式的加載所需要的類。
??類裝載方式，有兩種

• 隱式裝載，程序在運行過程中當碰到通過new 等方式生成對象時，隱式調(diào)用類裝載器加載對應的類到jvm中
• 顯式裝載，通過class.forname()等方法，顯式加載需要的類，隱式加載與顯式加載的區(qū)別：兩者本質(zhì)是一樣的。
  ??Java類的加載是動態(tài)的，它并不會一次性將所有類全部加載后再運行，而是保證程序運行的基礎類(像是基類)完全加載到jvm中，至于其他類，則在需要的時候才加載。這當然就是為了節(jié)省內(nèi)存開銷。

8. GC Roots

作為GCRoots的對象包括下面幾種：
1)虛擬機棧（棧幀中的局部變量區(qū)，也叫做局部變量表）中引用的對象。
2)方法區(qū)中的類靜態(tài)屬性引用的對象。
3)方法區(qū)中常量引用的對象。
4)本地方法棧中JNI(Native方法)引用的對象。

9. 對象可達性分析

• 如果對象在進行可達性分析后發(fā)現(xiàn)沒有與GCRoots相連的引用鏈，則該對象被第一次標記并進行一次篩選，篩選條件為是否有必要執(zhí)行該對象的finalize方法，若對象沒有覆蓋finalize方法或者該finalize方法是否已經(jīng)被虛擬機執(zhí)行過了，則均視作不必要執(zhí)行該對象的finalize方法，即該對象將會被回收。反之，若對象覆蓋了finalize方法并且該finalize方法并沒有被執(zhí)行過，那么，這個對象會被放置在一個叫F-Queue的隊列中，之后會由虛擬機自動建立的、優(yōu)先級低的Finalizer線程去執(zhí)行，而虛擬機不必要等待該線程執(zhí)行結束，即虛擬機只負責建立線程，其他的事情交給此線程去處理。

• 對F-Queue中對象進行第二次標記，如果對象在finalize方法中拯救了自己，即關聯(lián)上了GCRoots引用鏈，如把this關鍵字賦值給其他變量，那么在第二次標記的時候該對象將從“即將回收”的集合中移除，如果對象還是沒有拯救自己，那就會被回收。

  
  
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10. 垃圾回收機制

??堆分為新生代和老年代，新生代默認占總空間的 1/3，老年代默認占 2/3。新生代使用復制算法，有 3 個分區(qū)：Eden、To Survivor、From Survivor，它們的默認占比是 8：1：1。
??當新生代中的 Eden 區(qū)內(nèi)存不足時，就會觸發(fā) Minor GC，過程如下：
1)在 Eden 區(qū)執(zhí)行了第一次 GC 之后，存活的對象會被移動到其中一個 Survivor 分區(qū)；
2)Eden 區(qū)再次 GC，這時會采用復制算法，將 Eden 和 from 區(qū)一起清理，存活的對象會被復制到 to 區(qū)；
3)移動一次，對象年齡加 1，對象年齡大于一定閥值會直接移動到老年代
4)Survivor 區(qū)相同年齡所有對象大小的總和 > (Survivor 區(qū)內(nèi)存大小 * 目標使用率)時，大于或等于該年齡的對象直接進入老年代。其中這個使用率通過 -XX：TargetSurvivorRatio 指定，默認為 50%
5)Survivor 區(qū)內(nèi)存不足會發(fā)生擔保分配
6)年齡超過指定大小的對象可以直接進入老年代
7)Major GC，指的是老年代的垃圾清理，但并未找到明確說明何時在進行Major GC
8)FullGC，整個堆的垃圾收集，觸發(fā)條件：

• 每次晉升到老年代的對象平均大小>老年代剩余空間
• MinorGC后存活的對象超過了老年代剩余空間
• 元空間不足
• System.gc()
• CMS GC異常，promotion failed：MinorGC時，survivor空間放不下，對象只能放入老年代，而老年代也放不下造成；concurrent mode failure：GC時，同時有對象要放入老年代，而老年代空間不足造成
• 堆內(nèi)存分配很大的對象

11. 垃圾回收算法

• 引用計數(shù)法：給對象中添加一個引用計數(shù)器，每當一個地方引用這個對象時，計數(shù)器值+1；當引用失效時，計數(shù)器值-1。任何時刻計數(shù)值為0的對象就是不可能再被使用的。
  • 缺點：（1）每次給對象賦值時都要維護引用計數(shù)器，且計數(shù)器本身也有一定的消耗；（2）較難處理循環(huán)引用
• 復制算法：（年輕代）
  • 優(yōu)點：（1）不產(chǎn)生內(nèi)存碎片；（2）速度快
  • 缺點：浪費10%的內(nèi)存空間
• 標記清除算法（老年代）：先標記出要回收的對象，然后統(tǒng)一回收這些對象
  • 優(yōu)點：節(jié)省空間
  • 缺點：產(chǎn)生內(nèi)存碎片；
• 標記整理算法（老年代）：先標記清除，再次掃描并往一端滑動存活對象。
  • 優(yōu)點：不產(chǎn)生內(nèi)存碎片；
  • 缺點：需要移動對象的成本，耗時嚴重

12. 垃圾收集器

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1)Serial收集器：新生代收集器，使用停止復制算法，使用一個線程進行GC，其它工作線程暫停。使用-XX：+UseSerialGC可以使用Serial+Serial Old模式運行進行內(nèi)存回收（這也是虛擬機在Client模式下運行的默認值）

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2)Serial Old收集器：老年代收集器，單線程收集器，使用標記整理（整理的方法是Sweep（清理）和Compact（壓縮），清理是將廢棄的對象干掉，只留幸存的對象，壓縮是將移動對象，將空間填滿保證內(nèi)存分為2塊，一塊全是對象，一塊空閑）算法，使用單線程進行GC，其它工作線程暫停（注意，在老年代中進行標 記整理算法清理，也需要暫停其它線程），在JDK1.5之前，Serial Old收集器與ParallelScavenge搭配使用。
3)ParNew收集器：新生代收集器，使用停止復制算法，Serial收集器的多線程版，用多個線程進行GC，其它工作線程暫停，關注縮短垃圾收集時間。使用-XX：+UseParNewGC開關來控制使用ParNew+Serial Old收集器組合收集內(nèi)存；使用-XX：ParallelGCThreads來設置執(zhí)行內(nèi)存回收的線程數(shù)。

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4)Parallel Scavenge 收集器：新生代收集器，使用停止復制算法，關注CPU吞吐量，即運行用戶代碼的時間/總時間，比如：JVM運行100分鐘，其中運行用戶代碼99分鐘，垃 圾收集1分鐘，則吞吐量是99%，這種收集器能最高效率的利用CPU，適合運行后臺運算（關注縮短垃圾收集時間的收集器，如CMS，等待時間很少，所以適 合用戶交互，提高用戶體驗）。使用-XX：+UseParallelGC開關控制使用 Parallel Scavenge+Serial Old收集器組合回收垃圾（這也是在Server模式下的默認值）；使用-XX：GCTimeRatio來設置用戶執(zhí)行時間占總時間的比例，默認99，即 1%的時間用來進行垃圾回收。使用-XX：MaxGCPauseMillis設置GC的最大停頓時間（這個參數(shù)只對Parallel Scavenge有效）
5)Parallel Old收集器：老年代收集器，多線程，多線程機制與Parallel Scavenge差不錯，使用標記整理（與Serial Old不同，這里的整理是Summary（匯總）和Compact（壓縮），匯總的意思就是將幸存的對象復制到預先準備好的區(qū)域，而不是像Sweep（清 理）那樣清理廢棄的對象）算法，在Parallel Old執(zhí)行時，仍然需要暫停其它線程。Parallel Old在多核計算中很有用。Parallel Old出現(xiàn)后（JDK 1.6），與Parallel Scavenge配合有很好的效果，充分體現(xiàn)Parallel Scavenge收集器吞吐量優(yōu)先的效果。使用-XX：+UseParallelOldGC開關控制使用Parallel Scavenge +Parallel Old組合收集器進行收集。

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6)CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器：老年代收集器，致力于獲取最短回收停頓時間，使用標記清除算法，多線程，優(yōu)點是并發(fā)收集（用戶線程可以和GC線程同時工作），停頓小。使用-XX：+UseConcMarkSweepGC進行ParNew+CMS+Serial Old進行內(nèi)存回收，優(yōu)先使用ParNew+CMS（原因見后面），當用戶線程內(nèi)存不足時，采用備用方案Serial Old收集。解決內(nèi)存碎片問題：讓CMS在進行一定次數(shù)的Full GC（標記清除）的時候進行一次標記整理算法。

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• 初始標記：標記GC roots直接關聯(lián)的對象，速度快
• 并發(fā)標記：GC Roots Tracing過程
• 重新標記：修正并發(fā)標記期間用戶進程繼續(xù)運行而產(chǎn)生變化的標記，耗時比初始標記長，但遠小于并發(fā)標記
• 并發(fā)清除：清除標記的對象

7)G1(Garbage First)收集器：區(qū)域化垃圾收集器，物理上不區(qū)分新生代和老年代。采用標記整理的算法，與CMS相比：（1）不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片；（2）用戶可以指定垃圾回收時間。G1 收集器，相關配置如下：

-Xmx12g
-Xms12g
-XX：+UseG1GC
-XX：InitiatingHeapOccupancyPercent=45
-XX：MaxGCPauseMillis=200
-XX：MetaspaceSize=256m
-XX：MaxMetaspaceSize=256m
-XX：MaxDirectMemorySize=512m

• G1將新生代，老年代的物理空間劃分取消了。

• G1算法將堆劃分為若干個區(qū)域（Region），它仍然屬于分代收集器。不過，這些區(qū)域的一部分包含新生代，新生代的垃圾收集依然采用暫停所有應用線程的方式，將存活對象拷貝到老年代或者Survivor空間。老年代也分成很多區(qū)域，G1收集器通過將對象從一個區(qū)域復制到另外一個區(qū)域，完成了清理工作。H區(qū)域可以是連續(xù)的用來分配比較大的對象

  
  
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8)ZGC
ZGC給Hotspot Garbage Collectors增加了兩種新技術：著色指針和讀屏障。ZGC的標記分為三個階段。

• 第一階段是STW，其中GC roots被標記為活對象。
• 第二階段，同時遍歷對象圖并標記所有可訪問的對象。在此階段期間，讀屏障針使用掩碼測試所有已加載的引用，該掩碼確定它們是否已標記或尚未標記，如果尚未標記引用，則將其添加到隊列以進行標記。
• 在遍歷完成之后，有一個最終的，時間很短的的Stop The World階段，這個階段處理一些邊緣情況（我們現(xiàn)在將它忽略），該階段完成之后標記階段就完成了。