在江湖中要練就絕世武功必須內(nèi)外兼?zhèn)洌畹恼惺胶蜕詈竦膬?nèi)功，武功的基礎(chǔ)是內(nèi)功。對(duì)于武功低（就像江南七怪）的人，招式更重要，因?yàn)樗麄儾荒芸績(jī)?nèi)功直接去傷人，只能靠招式，利刃上優(yōu)勢(shì)來取勝了，但是練到高手之后，內(nèi)功就更主要了。一個(gè)內(nèi)功低的人招式再奇妙也打不過一個(gè)內(nèi)功高的人。比如，你劍法再厲害，一劍刺過來，別人一掌打斷你的劍，你還怎么使劍法，你一掌打到一個(gè)武功高的人身上，那人沒什么事，卻把你震傷了，你還怎么打。同樣兩者也是相輔相成的，內(nèi)功深厚之后，原來普通的一招一式威力也會(huì)倍增。

對(duì)于搞開發(fā)的我們其實(shí)也是一樣，現(xiàn)在流行的框架越來越多，封裝的也越來越完善，各種框架可以搞定一切，幾乎不用關(guān)注底層的實(shí)現(xiàn)，初級(jí)程序員只要熟悉基本的使用方法，便可以快速的開發(fā)上線；但對(duì)于高級(jí)程序員來講，內(nèi)功的修煉卻越發(fā)的重要，比如算法、設(shè)計(jì)模式、底層原理等，只有把這些基礎(chǔ)熟練之后，才能在開發(fā)過程中知其然知其所以然，出現(xiàn)問題時(shí)能快速定位到問題的本質(zhì)。

對(duì)于Java程序員來講，spring全家桶幾乎可以搞定一切，spring全家桶便是精妙的招式，jvm就是內(nèi)功心法很重要的一塊，線上出現(xiàn)性能問題，jvm調(diào)優(yōu)更是不可回避的問題。因此JVM基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)于高級(jí)程序員的重要性不必言語。本篇文章會(huì)根據(jù)之前寫的jvm系列文章梳理出jvm需要關(guān)注的所有考察點(diǎn)。

jvm 總體梳理

jvm體系總體分四大塊：

• 類的加載機(jī)制
• jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)
• GC算法 垃圾回收
• GC分析 命令調(diào)優(yōu)

當(dāng)然這些知識(shí)點(diǎn)在之前的文章中都有詳細(xì)的介紹，這里只做主干的梳理

這里畫了一個(gè)思維導(dǎo)圖，將所有的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了陳列，因?yàn)閳D比較大可以點(diǎn)擊右鍵下載了放大查看。

類的加載機(jī)制

主要關(guān)注點(diǎn)：

• 什么是類的加載
• 類的生命周期
• 類加載器
• 雙親委派模型

什么是類的加載

類的加載指的是將類的.class文件中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存中，將其放在運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)內(nèi)，然后在堆區(qū)創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class對(duì)象，用來封裝類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。類的加載的最終產(chǎn)品是位于堆區(qū)中的Class對(duì)象，Class對(duì)象封裝了類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且向Java程序員提供了訪問方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口。

類的生命周期

類的生命周期包括這幾個(gè)部分，加載、連接、初始化、使用和卸載，其中前三部是類的加載的過程,如下圖；

image

• 加載：查找并加載類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，在Java堆中也創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class類的對(duì)象
• 連接：連接又包含三塊內(nèi)容：驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析。1）驗(yàn)證：文件格式、元數(shù)據(jù)、字節(jié)碼、符號(hào)引用驗(yàn)證；2）準(zhǔn)備：為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值；3）解析：把類中的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用
• 初始化：為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值
• 使用：new出對(duì)象程序中使用
• 卸載：執(zhí)行垃圾回收

幾個(gè)小問題？
1、JVM初始化步驟 ？ 2、類初始化時(shí)機(jī) ？3、哪幾種情況下，Java虛擬機(jī)將結(jié)束生命周期？
答案參考這篇文章jvm系列(一):java類的加載機(jī)制

類加載器

類加載器

• 啟動(dòng)類加載器：Bootstrap ClassLoader，負(fù)責(zé)加載存放在JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安裝目錄，下同)下，或被-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中的，并且能被虛擬機(jī)識(shí)別的類庫。
• 擴(kuò)展類加載器：Extension ClassLoader，該加載器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載DK\jre\lib\ext目錄中，或者由java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中的所有類庫（如javax.*開頭的類），開發(fā)者可以直接使用擴(kuò)展類加載器。
• 應(yīng)用程序類加載器：Application ClassLoader，該類加載器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader來實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載用戶類路徑（ClassPath）所指定的類，開發(fā)者可以直接使用該類加載器。

類加載機(jī)制

• 全盤負(fù)責(zé)，當(dāng)一個(gè)類加載器負(fù)責(zé)加載某個(gè)Class時(shí)，該Class所依賴的和引用的其他Class也將由該類加載器負(fù)責(zé)載入，除非顯示使用另外一個(gè)類加載器來載入
• 父類委托，先讓父類加載器試圖加載該類，只有在父類加載器無法加載該類時(shí)才嘗試從自己的類路徑中加載該類
• 緩存機(jī)制，緩存機(jī)制將會(huì)保證所有加載過的Class都會(huì)被緩存，當(dāng)程序中需要使用某個(gè)Class時(shí)，類加載器先從緩存區(qū)尋找該Class，只有緩存區(qū)不存在，系統(tǒng)才會(huì)讀取該類對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成Class對(duì)象，存入緩存區(qū)。這就是為什么修改了Class后，必須重啟JVM，程序的修改才會(huì)生效

jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)

主要關(guān)注點(diǎn)：

• jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)都是什么
• 對(duì)象分配規(guī)則

jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)

jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)

方法區(qū)和堆是所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域；而java棧、本地方法棧和程序計(jì)數(shù)器是運(yùn)行是線程私有的內(nèi)存區(qū)域。

• Java堆（Heap）,是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊。Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對(duì)象實(shí)例，幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存。
• 方法區(qū)（Method Area），方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲(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)。
• 程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register），程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間，它的作用可以看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。
• JVM棧（JVM Stacks），與程序計(jì)數(shù)器一樣，Java虛擬機(jī)棧（Java Virtual Machine Stacks）也是線程私有的，它的生命周期與線程相同。虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法被執(zhí)行的時(shí)候都會(huì)同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表、操作棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個(gè)方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過程。
• 本地方法棧（Native Method Stacks），本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，其區(qū)別不過是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧則是為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)。

對(duì)象分配規(guī)則

• 對(duì)象優(yōu)先分配在Eden區(qū)，如果Eden區(qū)沒有足夠的空間時(shí)，虛擬機(jī)執(zhí)行一次Minor GC。
• 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)存空間的對(duì)象）。這樣做的目的是避免在Eden區(qū)和兩個(gè)Survivor區(qū)之間發(fā)生大量的內(nèi)存拷貝（新生代采用復(fù)制算法收集內(nèi)存）。
• 長(zhǎng)期存活的對(duì)象進(jìn)入老年代。虛擬機(jī)為每個(gè)對(duì)象定義了一個(gè)年齡計(jì)數(shù)器，如果對(duì)象經(jīng)過了1次Minor GC那么對(duì)象會(huì)進(jìn)入Survivor區(qū)，之后每經(jīng)過一次Minor GC那么對(duì)象的年齡加1，知道達(dá)到閥值對(duì)象進(jìn)入老年區(qū)。
• 動(dòng)態(tài)判斷對(duì)象的年齡。如果Survivor區(qū)中相同年齡的所有對(duì)象大小的總和大于Survivor空間的一半，年齡大于或等于該年齡的對(duì)象可以直接進(jìn)入老年代。
• 空間分配擔(dān)保。每次進(jìn)行Minor GC時(shí)，JVM會(huì)計(jì)算Survivor區(qū)移至老年區(qū)的對(duì)象的平均大小，如果這個(gè)值大于老年區(qū)的剩余值大小則進(jìn)行一次Full GC，如果小于檢查HandlePromotionFailure設(shè)置，如果true則只進(jìn)行Monitor GC,如果false則進(jìn)行Full GC。

如何通過參數(shù)來控制個(gè)各個(gè)內(nèi)存區(qū)域
參考此文章：jvm系列(二):JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)

GC算法 垃圾回收

主要關(guān)注點(diǎn)：

• 對(duì)象存活判斷
• GC算法
• 垃圾回收器

對(duì)象存活判斷

判斷對(duì)象是否存活一般有兩種方式：

• 引用計(jì)數(shù)：每個(gè)對(duì)象有一個(gè)引用計(jì)數(shù)屬性，新增一個(gè)引用時(shí)計(jì)數(shù)加1，引用釋放時(shí)計(jì)數(shù)減1，計(jì)數(shù)為0時(shí)可以回收。此方法簡(jiǎn)單，無法解決對(duì)象相互循環(huán)引用的問題。
• 可達(dá)性分析（Reachability Analysis）：從GC Roots開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈。當(dāng)一個(gè)對(duì)象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時(shí)，則證明此對(duì)象是不可用的，不可達(dá)對(duì)象。

GC算法

GC最基礎(chǔ)的算法有三種：標(biāo)記 -清除算法、復(fù)制算法、標(biāo)記-壓縮算法，我們常用的垃圾回收器一般都采用分代收集算法。

• 標(biāo)記 -清除算法，“標(biāo)記-清除”（Mark-Sweep）算法，如它的名字一樣，算法分為“標(biāo)記”和“清除”兩個(gè)階段：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)一回收掉所有被標(biāo)記的對(duì)象。
• 復(fù)制算法，“復(fù)制”（Copying）的收集算法，它將可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當(dāng)這一塊的內(nèi)存用完了，就將還存活著的對(duì)象復(fù)制到另外一塊上面，然后再把已使用過的內(nèi)存空間一次清理掉。
• 標(biāo)記-壓縮算法，標(biāo)記過程仍然與“標(biāo)記-清除”算法一樣，但后續(xù)步驟不是直接對(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界以外的內(nèi)存。
• 分代收集算法，“分代收集”（Generational Collection）算法，把Java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)氖占惴ā?/li>

垃圾回收器

• Serial收集器，串行收集器是最古老，最穩(wěn)定以及效率高的收集器，可能會(huì)產(chǎn)生較長(zhǎng)的停頓，只使用一個(gè)線程去回收。
• ParNew收集器，ParNew收集器其實(shí)就是Serial收集器的多線程版本。
• Parallel收集器，Parallel Scavenge收集器類似ParNew收集器，Parallel收集器更關(guān)注系統(tǒng)的吞吐量。
• Parallel Old 收集器，Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多線程和“標(biāo)記－整理”算法。
• CMS收集器，CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一種以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器。
• G1收集器，G1 (Garbage-First)是一款面向服務(wù)器的垃圾收集器，主要針對(duì)配備多顆處理器及大容量?jī)?nèi)存的機(jī)器，以極高概率滿足GC停頓時(shí)間要求的同時(shí)，還具備高吞吐量性能特征。

GC算法和垃圾回收器算法圖解以及更詳細(xì)內(nèi)容參考 jvm系列(三):GC算法 垃圾收集器

GC分析 命令調(diào)優(yōu)

主要關(guān)注點(diǎn)：

• GC日志分析
• 調(diào)優(yōu)命令
• 調(diào)優(yōu)工具

GC日志分析

摘錄GC日志一部分（前部分為年輕代gc回收；后部分為full gc回收）：

2016-07-05T10:43:18.093+0800: 25.395: [GC [PSYoungGen: 274931K->10738K(274944K)] 371093K->147186K(450048K), 0.0668480 secs] [Times: user=0.17 sys=0.08, real=0.07 secs] 
2016-07-05T10:43:18.160+0800: 25.462: [Full GC [PSYoungGen: 10738K->0K(274944K)] [ParOldGen: 136447K->140379K(302592K)] 147186K->140379K(577536K) [PSPermGen: 85411K->85376K(171008K)], 0.6763541 secs] [Times: user=1.75 sys=0.02, real=0.68 secs] 

通過上面日志分析得出，PSYoungGen、ParOldGen、PSPermGen屬于Parallel收集器。其中PSYoungGen表示gc回收前后年輕代的內(nèi)存變化；ParOldGen表示gc回收前后老年代的內(nèi)存變化；PSPermGen表示gc回收前后永久區(qū)的內(nèi)存變化。young gc 主要是針對(duì)年輕代進(jìn)行內(nèi)存回收比較頻繁，耗時(shí)短；full gc 會(huì)對(duì)整個(gè)堆內(nèi)存進(jìn)行回城，耗時(shí)長(zhǎng)，因此一般盡量減少full gc的次數(shù)。

Young GC日志：

Young GC日志

Full GC日志：

Full GC日志

調(diào)優(yōu)命令

Sun JDK監(jiān)控和故障處理命令有jps、jstat、jmap、jhat、jstack、jinfo

• jps，JVM Process Status Tool，顯示指定系統(tǒng)內(nèi)所有的HotSpot虛擬機(jī)進(jìn)程。
• jstat，JVM statistics Monitoring是用于監(jiān)視虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)狀態(tài)信息的命令，它可以顯示出虛擬機(jī)進(jìn)程中的類裝載、內(nèi)存、垃圾收集、JIT編譯等運(yùn)行數(shù)據(jù)。
• jmap，JVM Memory Map命令用于生成heap dump文件。
• jhat，JVM Heap Analysis Tool命令是與jmap搭配使用，用來分析jmap生成的dump，jhat內(nèi)置了一個(gè)微型的HTTP/HTML服務(wù)器，生成dump的分析結(jié)果后，可以在瀏覽器中查看。
• jstack，用于生成java虛擬機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的線程快照。
• jinfo，JVM Configuration info 這個(gè)命令作用是實(shí)時(shí)查看和調(diào)整虛擬機(jī)運(yùn)行參數(shù)。

詳細(xì)的命令使用參考這里jvm系列(四):jvm調(diào)優(yōu)-命令篇

調(diào)優(yōu)工具

常用調(diào)優(yōu)工具分為兩類,jdk自帶監(jiān)控工具：jconsole和jvisualvm，第三方有：MAT(Memory Analyzer Tool)、GChisto。

• jconsole，Java Monitoring and Management Console是從java5開始，在JDK中自帶的java監(jiān)控和管理控制臺(tái)，用于對(duì)JVM中內(nèi)存，線程和類等的監(jiān)控。
• jvisualvm，jdk自帶全能工具，可以分析內(nèi)存快照、線程快照；監(jiān)控內(nèi)存變化、GC變化等。
• MAT，Memory Analyzer Tool，一個(gè)基于Eclipse的內(nèi)存分析工具，是一個(gè)快速、功能豐富的Java heap分析工具，它可以幫助我們查找內(nèi)存泄漏和減少內(nèi)存消耗。
• GChisto，一款專業(yè)分析gc日志的工具。