該系列文章主要是記錄下自己暑假這段時(shí)間的學(xué)習(xí)筆記，暑期也在實(shí)習(xí)，抽空學(xué)了很多，每個方面的知識我都會另起一篇博客去記錄，每篇頭部主要是另起博客的鏈接。

JavaSE集合（已寫）

JavaEE框架（未寫）

虛擬機(jī)JVM運(yùn)行時(shí)區(qū)域及垃圾回收（已寫）

Java并發(fā)（未寫）

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（已寫）

八大經(jīng)典排序算法原理及實(shí)現(xiàn)（已寫）

一、JVM 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域

JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域可以分為：程序計(jì)數(shù)器、Java虛擬機(jī)棧、本地方法棧、Java堆、方法區(qū)（包含運(yùn)行時(shí)常量池）

1、程序計(jì)數(shù)器：

可看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器

• 線程私有

2、Java 虛擬機(jī)棧

描述的是Java方法執(zhí)行的的內(nèi)存模型，每一個方法執(zhí)行的同時(shí)都會創(chuàng)建一個棧幀（棧幀詳解）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。每一個方法的執(zhí)行到結(jié)束，都對應(yīng)著一個棧幀入棧到出棧

• 局部表量表：存放了編譯器可知的各種基本數(shù)據(jù)類型、對象引用
• 線程私有
• 如果線程請求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度會拋出StackOverflowError異常
• 如果虛擬機(jī)棧動態(tài)擴(kuò)展時(shí)無法申請到足夠的內(nèi)存，會拋出OutOfMemoryError錯誤

3、本地方法棧

與Java虛擬機(jī)棧的發(fā)揮的作用差不多，區(qū)別在于Java虛擬機(jī)棧是為Java方法服務(wù)、本地方法棧是為本地（Native）方法服務(wù)

• 線程私有
• 如果線程請求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度會拋出StackOverflowError異常
• 如果虛擬機(jī)棧動態(tài)擴(kuò)展時(shí)無法申請到足夠的內(nèi)存，會拋出OutOfMemoryError錯誤

4、Java 堆

堆在虛擬機(jī)啟動時(shí)創(chuàng)建，唯一的目的就是存放幾乎所有的對象實(shí)例。

• 線程共享
• 堆是垃圾收集的主要區(qū)域，常被稱為GC堆(Garbage Collected Heap)
• 可分為新生代、老年代：
• 再細(xì)致可以分為Eden、From Survivor、To Survivor空間：
• 堆中沒有內(nèi)存完成實(shí)例分配，并且堆也無法擴(kuò)展時(shí)，拋出OutOfMemoryError

5、方法區(qū)

存儲已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)常量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)

• 線程共享
• 當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時(shí)，將拋出OutOfMemooryError

6、運(yùn)行時(shí)常量池

是方法區(qū)的一部分.Class文件除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外；還有一項(xiàng)常量池，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用？？，這些內(nèi)容再類被加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行常量池中存放。

• 運(yùn)行時(shí)常量池相對于Class文件常量池具有動態(tài)性，Java語言不要求常量一定只有編譯期才產(chǎn)生，String類的intern()方法可以在運(yùn)行期間將常量插入運(yùn)行時(shí)常量池
• 當(dāng)常量池?zé)o法再申請到內(nèi)存時(shí)，會拋出OutOfMemoryError

7、直接內(nèi)存

并不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)的一部分，也不是Java虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域，但是頻繁的使用也會造成OutOfMemooryError

二、對象的創(chuàng)建

大家都知道Java是一門面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，在Java程序運(yùn)行過程中無時(shí)無刻都有對象被創(chuàng)建。語言層面上有通過 new方式 來創(chuàng)建、也有通過反射機(jī)制方式創(chuàng)建。在JVM中是怎么創(chuàng)建的呢？

1. 類加載檢查：當(dāng)創(chuàng)建對象指令下達(dá)后，先檢查是否能在常量池中定位到該類的符號引用，并且檢查這個類是否已經(jīng)被加載、解析、和初始化過。若沒有，那必須先執(zhí)行類加載
2. 為新生對象分配內(nèi)存：對象所需分配的大小在類加載完成后便可完全確定，分配內(nèi)存其相當(dāng)于在堆中劃分出一塊相應(yīng)的大小的內(nèi)存。在為對象分配內(nèi)存時(shí)，需要考慮線程安全的問題
3. 將分配到的內(nèi)存空間都初始化為0值（不包括對象頭）:保證了對象的實(shí)例字段在Java代碼中可以不賦初值就直接使用
4. 對對象進(jìn)行必要的設(shè)置：比如對象是哪個類的實(shí)例，如何才能找到元數(shù)據(jù)信息，對象個哈希碼、對象的GC分代信息等。這些信息都存儲在對象頭中
5. 上述步驟之后，虛擬機(jī)層面上一個新對象已經(jīng)產(chǎn)生，但從Java層面上對象的創(chuàng)建才開始。其 <init>方法還沒有執(zhí)行，所有的字段都還未0

三、對象的訪問定位

建立對象都是為了使用它，在Java程序中，通過棧中的 reference 數(shù)據(jù)來操作堆上的具體對象

• 句柄訪問方式
  

• 直接指針訪問方式
  

四、JVM垃圾收集器與內(nèi)存分配策略

在了解JVM垃圾回收之前，需要知道3個問題：

1. 哪些內(nèi)存需要釋放？
2. 什么時(shí)候釋放？
3. 如何回收？

首先要知道JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域中程序計(jì)數(shù)器、Java虛擬機(jī)棧、本地方法都是隨線程而生、線程而亡，即線程私有的。在這3個區(qū)域的內(nèi)存分配和回收都具有確定性，在方法結(jié)束或線程結(jié)束時(shí)內(nèi)存就自動回收了，因此不用考慮垃圾回收。
在Java堆中和方法區(qū)則不一樣，一個接口的多個實(shí)現(xiàn)類需要的內(nèi)存不一樣，一個方法的多個分支需要的內(nèi)存也不一樣，只有在程序運(yùn)行期間才能知道，這部分內(nèi)存的分配和回收都是動態(tài)的。因此在這兩個區(qū)域考慮垃圾回收。

判斷對象是否存活

1.引用計(jì)數(shù)算法

給對象中添加一個引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個地方引用它時(shí)，計(jì)數(shù)器就加1；當(dāng)引用失效后，計(jì)數(shù)器就減1；當(dāng)計(jì)數(shù)器為0時(shí)的對象就是不可能再被使用的對象

• 優(yōu)勢：實(shí)現(xiàn)簡單、效率高
• 劣勢：難以解決對象之間相互循環(huán)引用的問題

2、可達(dá)性分析算法

通過一系列稱為"GC Roots"對象作為起始點(diǎn)，從這些點(diǎn)向下搜索，搜索過程中走過的路徑稱為引用鏈，當(dāng)一個對象到GC Roots沒有任何的引用鏈相連接時(shí)，則證明該對象是不可用的

• 克服引用計(jì)數(shù)算法無法解決對象之間相互循環(huán)引用的問題

• GC Root 的對象包括：
  1. 虛擬機(jī)棧中引用的對象
  2. 方法區(qū)中類靜態(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

3、再次確認(rèn)對象的存亡

經(jīng)過上述任意一種算法，判斷出不可用的對象并非是非死不可的。一個不可用的對象再第經(jīng)過上述算法之后，將第一次標(biāo)記并且進(jìn)行篩選，篩選條件為該對象是否有必要執(zhí)行finelize()方法。
當(dāng)對象沒有覆蓋finelize()方法，或者finelize()方法已經(jīng)被虛擬機(jī)調(diào)用過，JVM將這兩種情況都視為沒有必要執(zhí)行

4、回收方法區(qū)

很多人認(rèn)為JVM方法區(qū)（永久代）中是沒有垃圾收集的，其實(shí)是有的，主要回收這兩部分：廢棄常量和無用的類

垃圾回收算法

1、標(biāo)記-清除算法

如同其名字一樣，算法分為標(biāo)記和清除兩個階段：首先標(biāo)記所有需要回收的對象，
在統(tǒng)一回被標(biāo)記的對象；其標(biāo)記過程和判斷對象的存活過程類似

• 不足：
  1. 標(biāo)記和清除兩個過程效率都低；
  2. 標(biāo)記清除后會產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，空間碎片太多會導(dǎo)致后面分配大內(nèi)存對象時(shí)，無法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前出發(fā)一個垃圾收集動作

2、復(fù)制算法

將可用內(nèi)存劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊；當(dāng)這一塊內(nèi)存快使用完了，就將還存活的對象復(fù)制到另外一塊上面，然后再把已使用過的那塊內(nèi)存空間一次清理掉。

• 解決了標(biāo)記清理的效率和內(nèi)存碎片問題
• 不足：將內(nèi)存縮小為原來的一半，付出的代價(jià)太高

新生代中解決復(fù)制算法的不足：

研究表明新生代中的對象98%是“朝生夕死”的，所以并不需要按1：1比例來劃分空間，而是將內(nèi)存劃分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，其比例為8：1：1，每次使用Eden空間和一塊Survivor空間，即新生代中可用內(nèi)存空間為90%。
若另一塊Survivor空間沒有足夠空間存放上一次新生代中收集下來存活的對象，這些對象將會直接被分配到老年代

3、標(biāo)記整理算法

• 復(fù)制算法在對象存活率較高時(shí)就要進(jìn)行較多復(fù)制操作，效率也會變低，更關(guān)鍵是會浪費(fèi)空間

針對老年代的特點(diǎn)，提出標(biāo)記-整理算法，其標(biāo)記過程和標(biāo)記清除算法中一樣，而后續(xù)步驟則不一樣，而是讓所有存活的對象都向一端移動，然后直接清除掉該端邊界以外的內(nèi)存。

• 標(biāo)記-整理主要解決了內(nèi)存碎片問題

分代收集算法

將JVM堆分為新生代和老年代，這樣可以根據(jù)各個年代的特點(diǎn)采用最合適的收集算法

• 新生代中，每次垃圾收集時(shí)發(fā)現(xiàn)大批對象死去，只有少量對象存活，就選用復(fù)制算法，只需付出少量存活對象的復(fù)制成本就可以完成收集

• 老年代中，對象的存活率很高，無額為的空間為其進(jìn)行分配擔(dān)保，就必須使用標(biāo)記-清除或標(biāo)記-整理算法

簡單總結(jié)：

• 兩個最基本的java回收算法：復(fù)制算法和標(biāo)記清理算法
  • 復(fù)制算法：兩個區(qū)域A和B，初始對象在A，繼續(xù)存活的對象被轉(zhuǎn)移到B。此為新生代最常用的算法
  • 標(biāo)記清理：一塊區(qū)域，標(biāo)記要回收的對象，然后回收，一定會出現(xiàn)碎片，那么引出
  • 標(biāo)記-整理算法：多了碎片整理，整理出更大的內(nèi)存放更大的對象
• 兩個概念：新生代和年老代
  • 新生代：初始對象，生命周期短的
  • 永久代：長時(shí)間存在的對象
• 整個java的垃圾回收是新生代和年老代的協(xié)作，這種叫做分代回收。

垃圾收集器

• **Serial **收集器是針對新生代的收集器，采用的是復(fù)制算法

• Parallel New（并行）收集器，新生代采用復(fù)制算法，老年代采用標(biāo)記整理

• Parallel Scavenge（并行）收集器，針對新生代，采用復(fù)制收集算法

• Serial Old（串行）收集器，新生代采用復(fù)制，老年代采用標(biāo)記清理

• Parallel Old（并行）收集器，針對老年代，標(biāo)記整理

• CMS收集器，針對老年代，基于標(biāo)記清理

• G1收集器，整體上是基于標(biāo)記清理，局部采用復(fù)制

• 綜上：新生代基本采用復(fù)制算法，老年代采用標(biāo)記整理算法。cms采用標(biāo)記清理。

JVM內(nèi)存分配參數(shù)

• Xmx：最大堆大小
• Xms：初始堆大小，即最小內(nèi)存值
• Xmn：年輕帶大小
• XXSurvivorRatio：年輕帶中 Eden：FromSurvivor：ToSurvivor=3:1:1