JVM内存与垃圾回收

jvm特点：内存动态分配和垃圾自动收集技术

jvmDOC网址：https://docs.oracle.com/javase/specs/index.html

 jvm书籍：

跨语言平台JVM：

Kotlin、Clojure、Groovy、Scala、Jython、JRuby、JavaScript可以编译为JVM可识别的字节码文件，运行在JVM平台上

JVM属于程序虚拟机，常见的虚拟机是系统虚拟机

 JVM整体结构：

JVM的指令集架构：是基于栈的指令集架构（指令集架构还包括基于寄存器的），是零地址指令，因为基于栈可以跨平台，但是性能差。

JVM生命周期： 启动、执行、退出

常见java虚拟机：Classic VM（只有解释器）、Exact VM、Hotspot虚拟机（有方法区(永久代/元空间)）、JRockit（服务端，只有JIT）、J9虚拟机   （后为三大商用虚拟机） apache harmony（android SDK）、Microsoft JVM、Taobao JVM、Dalvik VM（Android）、ART VM、Graal VM（可能替代Hotspot）

类加载子系统：

Loading: 获取二进制字节流-->方法区运行时数据结构-->内存中生成大的Class对象（作为类的数据的访问入口）

Linking:

Verify: 保证class文件符合JVM要求，主要做文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证

Prepare: 为类变量分配内存、赋初始值

Resolve: 将常量池的符号引用转换为直接引用

Initialization: 执行类构造器方法clinit，完成类变量和静态代码块中变量的赋值，该方法在多线程下是同步加锁的

类加载器：

分为引导类加载器（BootStrap ClassLoader）和自定义加载器（User-Defined ClassLoader）

ClassLoader派生的加载器都是自定义加载器

Extention ClassLoader（扩展类加载器）和Application ClassLoader（应用/系统类加载器）就是自定义加载器

AppClassLoader（系统类加载器）的上层是ExtClassLoader，ExtClassLoader的上层是BootStrap ClassLoader（用C/C++编写，获取不到，为null）

用户自定义类的加载器是AppClassLoader

Java的核心类库（包名为java、javax、sun）由BootStrap ClassLoader加载

双亲委派机制：收到类加载请求，优先由父类加载器加载，双亲委派机制可以做到沙箱安全机制

运行时数据区

PC寄存器（Program Counter Register）：

用来存储指向下一条指令的地址，线程私有，既没有GC，也没有OOM。作用：线程切换后，记录下一指令开始位置

虚拟机栈（JVM Stacks）：

线程私有，由一个一个栈帧组成，一个栈帧就是一个方法

设置栈的大小:  -Xxs1m

栈帧结构：局部变量表（Local Variables）、操作数栈（Operand Stack）、帧数据区：【动态链接（Dynamic Linking）、方法返回地址（Return Address）、附加信息】

局部变量表：基本单位是槽，32位（byte、short、char、boolean(0为false，非0为true)、引用类型 会被转换为int存储）占一个槽，64（long, double）位占两个槽；非静态方法的局部变量会多一个变量（this）

操作数栈：使用数组或链表实现，主要用于保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时存储空间；栈顶缓存技术：频繁的执行内存读/写会影响执行速度，所以将栈顶元素全部缓存在物理CPU的寄存器中。

动态链接：指向运行时常量池的方法引用，将符号引用转换为直接引用

方法返回地址：存放该方法pc寄存器的值

附加信息：栈帧中还允许携带与虚拟机实现相关的附加信息（可选），例如对程序调试提供支持的信息

本地方法栈：

线程私有，用于管理本地方法的调用

本地方法： java调用非java接口（C/C++）

堆：进程（JVM实例）唯一，堆内存大小可调节，堆可以是物理不连续，逻辑上连续的；几乎所有的对象实例以及数组都应分配在堆上，是GC(Garbage Collection)回收的重点区域

堆空间逻辑上分为新生区/Young/New（Eden、s0、s1）+养老区/Old/Tenured，永久区jdk8之前/元空间jdk8物理上属方法区

参数设置：不写单位就是字节（bytes）

-Xms（memory start） ：初始化大小，默认物理内存的1/64，

-Xmx ：最大，默认物理内存的1/4

-XX:+PrintGCDetails：打印GC明细

-XX:NewRatio=2：表示新生代占1，老年代占2，默认为2

-XX:SurvivorRatio=8：Eden、S0、S1的比例8:1:1，默认是8，但是实际是自适应的，若要8需显示设置

-Xmn：设置新生代的大小，与-XX:NewRatio冲突，以-Xmn为准，不常用

-XX:MaxTenuringThreshold=：设置进入老年代的阈值

-XX:+PrintFlagsInitial：查看所有参数默认值

-XX:+PrintFlagsFinal：查看所有参数的最终值

-XX:HandlePromotionFailure：是否设置空间担保，为true时确认是进行Major GC还是Full GC，为false直接Full GC

-XX:+DoEscapeAnalysis开启逃逸分析

-XX:+PrintEscapeAnalysis查看逃逸分析结果

-XX:+EliminateAllocation标量替换

命令窗口查看参数命令：jps  

jstat  -gc 进程ID 查看内存占用

jinfo -flag SurvivorRatio 进程ID 查看参数值

Runtime .totalMemory()获取的是堆内存，此内存只包含一个s区，

OOM：OutOfMemoryError

年轻代（YoungGen）：存放生命周期短的对象，又分为伊甸园（Eden）、幸存者0（Survivor0）、幸存者1（Survivor1）/（from区、to区(谁空谁是to)），80%都是朝生夕死

老年代（OldGen）：存放生命周期长的对象，阈值为15，超过15去老年代

垃圾回收总结：频繁收集新生代，很少收集养老区，几乎不动永久代/元空间

Minor GC/Young GC、 Major GC/Old GC、 Full GC：Full GC收集java堆和方法区的垃圾收集；G1还有混合收集（Mixed GC）收集整个新生代以及部分老年代垃圾；Eden区满触发Minor GC，回收速度快；老年代空间不足触发Major GC，回收速度慢，比Minor GC慢10倍；System.gc()/老年代空间不足/方法区空间不足触发Full GC

常用调优工具：JDK自带、Eclipse的Memory Analyzer Tool、Jconsole、VisualVM、Jprofiler、Java Flight Recorder、GCViewer、GCEasy

堆内存分代的原因就是优化GC性能

TLAB（ Thread Local Allocation Buffer）：对Eden区划分，为每个线程分配一个私有缓存区域，优先使用TLAB，占Eden区的1%，

逃逸分析（只有server端才可用）：如果一个对象没有逃逸出方法，就可能被优化成栈上分配，JDK6默认开启逃逸分析，尽量用局部变量，由JIT编译器优化；如果一个对象只有一个线程使用，省略同步考虑，同步省略；把没有逃逸的对象（聚合变量，不需要连续的内存结构也可以被访问）替换为标量，标量替换，可以存在寄存器（JVM栈）中；实际上对象是分配在堆上的

方法区（Hotspot中: 永久代/元空间）：

线程共享，逻辑上是堆的一部分，物理上是独立于Java堆的内存空间，也叫Non-Heap

永久代使用的是虚拟机内存，JDK8废弃永久代，在本地内存中实现元空间

参数设置：

-XX:PermSize= 永久代初始分配空间大小，默认20.75M

-XX:MaxPermSize= 永久代最大分配空间，32位机器默认64M，64位机器默认82M

-XX:MetaspaceSize= 元空间分配内存大小，windows下是21M，超过该值就会触发Full GC，然后重置该值，使其不超过MaxMetaspaceSize

-XX:MaxMetaspaceSize= 元空间最大分配空间，windows下默认-1，没有限制

方法区内部结构：类信息（class、interface、enum、annotation、Field、Method）、运行时常量池、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存

一个有效的字节码文件中包含类的版本信息、字段、方法、接口、常量池表（Constant Pool Table）,常量池包括字面量和对类型、域和方法的引用

JDK1.7及以后将字符串常量池、静态变量保存到堆中，JDK1.8及以后的元空间使用的本地内存

对象实例: 由对象头、实例数据、对齐填充组成

对象头（Header）: 运行时元数据（哈希值、GC分代年龄、锁状态）和类型指针（指向对象所属类型）

对象引用访问堆中对象：有句柄访问和直接指针两种方式；句柄访问：句柄池由到对象指针和到类型指针；直接指针（Hotspot用）：直接指向对象，对象中有类型指针；后者效率高

直接内存：本地内存；直接分配本地内存空间：ByteBuffer.allocateDirect(1024*1024*1024)，

访问直接内存的速度优于Java堆，读写性能高NIO，不受JVM内存回收管理，也会出现OOM，设置参数MaxDirectMemorySize，默认与堆内存-Xmx一样

执行引擎

将字节码指令编译为对应平台的本地机器指令