1. 大概內(nèi)容

• 內(nèi)存區(qū)域
• 內(nèi)存泄漏和內(nèi)存溢出
• 類(lèi)型擦除
• 對(duì)象創(chuàng)建，分配和訪問(wèn)
• GC的判定
• GC實(shí)現(xiàn)方法
• 類(lèi)加載過(guò)程
• 雙親委派模型
• 分派
• GC收集器

2. 內(nèi)存結(jié)構(gòu)介紹

我們?cè)贘ava開(kāi)發(fā)時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到OutOfMemory的錯(cuò)誤，那我們有時(shí)候會(huì)不清楚問(wèn)題在哪里，需要花很大力氣調(diào)試；我們?cè)陂_(kāi)發(fā)時(shí)需要設(shè)置JVM參數(shù)，那么，我們就只有在了解了JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)之后，才能更好的幫助我們進(jìn)行Java開(kāi)發(fā)。

首先，JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)主要分為三個(gè)最主要的部分：堆，方法區(qū)和棧，其中堆負(fù)責(zé)存放對(duì)象實(shí)例，是虛擬機(jī)內(nèi)存中最大的一部分；方法區(qū)存儲(chǔ)類(lèi)信息、常量、靜態(tài)變量等數(shù)據(jù)；棧分為java虛擬機(jī)棧和本地方法棧主要用于方法的執(zhí)行。下面詳細(xì)介紹一下JVM內(nèi)存各部分的作用：

• 堆

  • 對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，Java堆（Java 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。
  • 用途：
    • 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。
  • 垃圾收集：
    • Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此很多時(shí)候也被稱(chēng)做“GC堆”。
    • 如果從內(nèi)存回收的角度看，由于現(xiàn)在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆中還可以細(xì)分為：新生代和老年代；再細(xì)致一點(diǎn)的有Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間等。
    • 所有的對(duì)象在實(shí)例化后的整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，都被存放在堆內(nèi)存中。堆內(nèi)存又被劃分成不同的部分：伊甸區(qū)(Eden)，幸存者區(qū)域(Survivor Sapce)，老年代（Old Generation Space）
  • 物理上不連續(xù)，邏輯連續(xù)；可固定大小，也可擴(kuò)展（通過(guò)-Xmx和-Xms控制）。
  • 異常情況：
    • 如果在堆中沒(méi)有內(nèi)存完成實(shí)例分配，并且堆也無(wú)法再擴(kuò)展時(shí)，將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

• 方法區(qū)

  • 與Java堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域
  • 用途：
    • 存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類(lèi)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)
  • 雖然規(guī)范中看作堆的邏輯部分，但被稱(chēng)為Non-heap
  • 性質(zhì)：前兩點(diǎn)與堆相同
    • 物理不連續(xù)，邏輯連續(xù)
    • 可擴(kuò)展
    • 可以選擇不實(shí)現(xiàn)垃圾收集
    • 內(nèi)存回收目標(biāo)主要是針對(duì)常量池的回收和對(duì)類(lèi)型的卸載

• Java虛擬機(jī)棧

  • 線程私有的，生命周期與線程相同，與前兩者有明顯區(qū)別
  • 用途：
    • 記錄方法執(zhí)行的信息，每個(gè)方法在執(zhí)行時(shí)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀
    • 存儲(chǔ)方法中的局部變量表、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(guò)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(guò)程。
  • 異常情況：
    • 如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；
    • 如果虛擬機(jī)?？梢詣?dòng)態(tài)擴(kuò)展（當(dāng)前大部分的Java虛擬機(jī)都可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，只不過(guò)Java虛擬機(jī)規(guī)范中也允許固定長(zhǎng)度的虛擬機(jī)棧），當(dāng)擴(kuò)展時(shí)無(wú)法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

• 本地方法棧

  • 與虛擬機(jī)棧作用基本相同，只是面向本地方法進(jìn)行棧幀的管理
  • 與虛擬機(jī)棧相同，會(huì)產(chǎn)生StackOverflowError和OutOfMemoryError異常

• 程序計(jì)數(shù)器

  • 一塊較小的內(nèi)存，線程私有
  • 用途：
    • 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(guò)改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來(lái)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(lài)這個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)完成。
    • 為了線程切換，程序可以執(zhí)行正確的指令，需要程序計(jì)數(shù)器來(lái)記錄
  • 此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個(gè)在Java虛擬機(jī)規(guī)范中沒(méi)有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

• 實(shí)例說(shuō)明：

import java.text.SimpleDataFormat;

import java.util.Date;

import org.apache.log4j.Logger;

public class HelloWorld{

    private static Logger LOGGER = Logger.getLogger(HelloWorld.class.getName());

    public void sayHello(String Hello){

        SimpleDataFormat formatter = new SimpleDataFormat("dd.MM.YYYY");

        String today = formatter.format(new Date());

        LOGGER.info(today + " : "+messeage);

    }

}

? 在上面的實(shí)例中，數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存放如下：

2018-05-26更新

3.垃圾回收器

由于堆中的對(duì)象和方法區(qū)中所占用的內(nèi)存，既不能像程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法棧都是隨線程而生隨線程而滅，棧幀隨著方法的進(jìn)入和退出做入棧和出棧操作，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)的內(nèi)存清理。因此，需要進(jìn)行垃圾回收。

• 對(duì)象存活判斷

  • 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(wú)法解決對(duì)象相互循環(huán)引用的問(wèn)題。

  • 可達(dá)性判斷：從GC Roots開(kāi)始向下搜索，搜索所走過(guò)的路徑稱(chēng)為引用鏈。當(dāng)一個(gè)對(duì)象到GC Roots沒(méi)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。

    其中GC Root包括：

    • 虛擬機(jī)棧中引用的對(duì)象
    • 方法區(qū)中類(lèi)靜態(tài)屬性實(shí)體引用的對(duì)象
    • 方法區(qū)中常量引用的對(duì)象
    • 本地方法棧中JNI引用的對(duì)象

• 垃圾收集算法

  • 標(biāo)記-清除算法
    • 首先標(biāo)記需要回收的對(duì)象，然后統(tǒng)一回收掉所有被標(biāo)記的對(duì)象
    • 后續(xù)的收集算法都是基于這種思路并對(duì)其缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)而得到的
    • 缺點(diǎn)：1. 效率問(wèn)題，標(biāo)記和清除過(guò)程的效率都不高；2. 空間問(wèn)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，會(huì)導(dǎo)致不能找到足夠大的內(nèi)存分配較大對(duì)象
  • 復(fù)制算法
    • 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(guò)的內(nèi)存空間一次清理掉。
    • 優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)存分配時(shí)也就不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況
    • 缺點(diǎn)：將內(nèi)存縮小為原來(lái)的一半，持續(xù)復(fù)制長(zhǎng)生存期的對(duì)象則導(dǎo)致效率降低；可能執(zhí)行較多的復(fù)制操作，影響效率
  • 標(biāo)記-壓縮算法
    • 首先標(biāo)記需要回收的對(duì)象，然后讓所有存活的對(duì)象都向一端移動(dòng)，直接清理掉端邊界以外的內(nèi)存
    • 提高清理效率
  • 分代收集算法
    • GC分代的基本假設(shè)：絕大部分對(duì)象的生命周期都非常短暫，存活時(shí)間短。
    • “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?。在新生代中，每次垃圾收集時(shí)都發(fā)現(xiàn)有大批對(duì)象死去，只有少量存活，那就選用復(fù)制算法，只需要付出少量存活對(duì)象的復(fù)制成本就可以完成收集。而老年代中因?yàn)閷?duì)象存活率高、沒(méi)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“標(biāo)記-整理”算法來(lái)進(jìn)行回收。

• 幾種垃圾收集器

  • Serial收集器
    • 串行收集器：新生代，老年代都穿行；新生代復(fù)制算法、老年代標(biāo)記-壓縮；穩(wěn)定，效率高；可能產(chǎn)生較長(zhǎng)停頓
    • ParNew：新生代并行，老年代串行；新生代復(fù)制算法、老年代標(biāo)記-壓縮
  • Parallel收集器
    • 類(lèi)似ParNew收集器
    • 更關(guān)注系統(tǒng)的吞吐量
    • 動(dòng)態(tài)調(diào)整這些參數(shù)以提供最合適的停頓時(shí)間或最大的吞吐量
    • 也可以通過(guò)參數(shù)控制GC的時(shí)間
    • 新生代復(fù)制算法、老年代標(biāo)記-壓縮
  • Parallel Old收集器
    • 老年代并行
  • CMS收集器

    • 一種以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器

    • 基于“標(biāo)記-清除”算法

    • 初始標(biāo)記 -> 并發(fā)標(biāo)記 -> 重新標(biāo)記 -> 并發(fā)清除

    • 其中初始標(biāo)記、重新標(biāo)記這兩個(gè)步驟仍然需要“Stop The World”。初始標(biāo)記僅僅只是標(biāo)記一下GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，速度很快，并發(fā)標(biāo)記階段就是進(jìn)行GC Roots Tracing的過(guò)程，而重新標(biāo)記階段則是為了修正并發(fā)標(biāo)記期間，因用戶程序繼續(xù)運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那一部分對(duì)象的標(biāo)記記錄，這個(gè)階段的停頓時(shí)間一般會(huì)比初始標(biāo)記階段稍長(zhǎng)一些，但遠(yuǎn)比并發(fā)標(biāo)記的時(shí)間短。

    • 優(yōu)點(diǎn): 并發(fā)收集、低停頓

    • 缺點(diǎn): 產(chǎn)生大量空間碎片、并發(fā)階段會(huì)降低吞吐量

  • G1收集器
    • 空間整合，G1收集器采用標(biāo)記整理算法，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存空間碎片。分配大對(duì)象時(shí)不會(huì)因?yàn)闊o(wú)法找到連續(xù)空間而提前觸發(fā)下一次GC
    • 可預(yù)測(cè)停頓，這是G1的另一大優(yōu)勢(shì)，降低停頓時(shí)間是G1和CMS的共同關(guān)注點(diǎn)，但G1除了追求低停頓外，還能建立可預(yù)測(cè)的停頓時(shí)間模型，能讓使用者明確指定在一個(gè)長(zhǎng)度為N毫秒的時(shí)間片段內(nèi)，消耗在垃圾收集上的時(shí)間不得超過(guò)N毫秒

2018-6-16更新

JVM類(lèi)加載機(jī)制

• 什么是類(lèi)的加載？

  • 類(lèi)的加載指的是將類(lèi)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(lái)封裝類(lèi)在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。類(lèi)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(lèi)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(wèn)方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口。
  • 類(lèi)加載器并不需要等到某個(gè)類(lèi)被“首次主動(dòng)使用”時(shí)再加載它，JVM規(guī)范允許類(lèi)加載器在預(yù)料某個(gè)類(lèi)將要被使用時(shí)就預(yù)先加載它，如果在預(yù)先加載的過(guò)程中遇到了.class文件缺失或存在錯(cuò)誤，類(lèi)加載器必須在程序首次主動(dòng)使用該類(lèi)時(shí)才報(bào)告錯(cuò)誤（LinkageError錯(cuò)誤）如果這個(gè)類(lèi)一直沒(méi)有被程序主動(dòng)使用，那么類(lèi)加載器就不會(huì)報(bào)告錯(cuò)誤

• 類(lèi)的生命周期

  • 加載 - 驗(yàn)證 - 準(zhǔn)備 - 解析 - 初始化 - 使用 - 卸載(其中加載 驗(yàn)證 準(zhǔn)備 初始化的順序是一定的，但是解析則不一定，這是為了支持java語(yǔ)言的運(yùn)行時(shí)綁定)

  • 加載

    • 查找并加載類(lèi)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)加載時(shí)類(lèi)加載過(guò)程的第一個(gè)階段，在加載階段，虛擬機(jī)需要完成以下三件事情：（1）通過(guò)一個(gè)類(lèi)的全限定名來(lái)獲取其定義的二進(jìn)制字節(jié)流；（2）將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。（3）在Java堆中生成一個(gè)代表這個(gè)類(lèi)的 java.lang.Class對(duì)象，作為對(duì)方法區(qū)中這些數(shù)據(jù)的訪問(wèn)入口。

  • 連接

    • 驗(yàn)證：連接階段的第一步，這一階段的目的是為了確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，并且不會(huì)危害虛擬機(jī)自身的安全。驗(yàn)證階段大致會(huì)完成4個(gè)階段的檢驗(yàn)動(dòng)作：（1）文件格式驗(yàn)證：驗(yàn)證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范；例如：是否以 0xCAFEBABE開(kāi)頭、主次版本號(hào)是否在當(dāng)前虛擬機(jī)的處理范圍之內(nèi)、常量池中的常量是否有不被支持的類(lèi)型；（2）元數(shù)據(jù)驗(yàn)證：對(duì)字節(jié)碼描述的信息進(jìn)行語(yǔ)義分析（注意：對(duì)比javac編譯階段的語(yǔ)義分析），以保證其描述的信息符合Java語(yǔ)言規(guī)范的要求；例如：這個(gè)類(lèi)是否有父類(lèi)，除了 java.lang.Object之外。（3）字節(jié)碼驗(yàn)證：通過(guò)數(shù)據(jù)流和控制流分析，確定程序語(yǔ)義是合法的、符合邏輯的；（4）符號(hào)引用驗(yàn)證：確保解析動(dòng)作能正確執(zhí)行。
    • 準(zhǔn)備：為類(lèi)的 靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值
    • 解析：把類(lèi)中的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用，解析階段是虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用的過(guò)程，解析動(dòng)作主要針對(duì)類(lèi)或接口、字段、類(lèi)方法、接口方法、方法類(lèi)型、方法句柄和調(diào)用點(diǎn)限定符7類(lèi)符號(hào)引用進(jìn)行。符號(hào)引用就是一組符號(hào)來(lái)描述目標(biāo)，可以是任何字面量。
    • 初始化：初始化，為類(lèi)的靜態(tài)變量賦予正確的初始值，JVM負(fù)責(zé)對(duì)類(lèi)進(jìn)行初始化，主要對(duì)類(lèi)變量進(jìn)行初始化。在Java中對(duì)類(lèi)變量進(jìn)行初始值設(shè)定有兩種方式：①聲明類(lèi)變量是指定初始值 ②使用靜態(tài)代碼塊為類(lèi)變量指定初始值
      • 執(zhí)行順序：構(gòu)造函數(shù)代碼 -> 由類(lèi)入口開(kāi)始的變量初始化或靜態(tài)代碼塊按順序執(zhí)行
      • 含有父類(lèi)變量：先執(zhí)行父類(lèi)的初始化，在執(zhí)行子類(lèi)初始化

  • 結(jié)束生命周期

    • 1. 執(zhí)行了 System.exit()方法；2. 程序正常執(zhí)行結(jié)束；3. 程序在執(zhí)行過(guò)程中遇到了異?；蝈e(cuò)誤而異常終止；4. 由于操作系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤而導(dǎo)致Java虛擬機(jī)進(jìn)程終止