JVM笔记.md

JVM 笔记

• Class Loader 类加载器
  • 负责加载 class 文件，class 文件在文件开头有特定的文件标识，并且 classloader 只负责 class 文件的加载，至于它是否可以运行，则由 Execution Engine 决定。
• Native Interface（Java 中会有 native 关键字标识的方法）
  • 本地接口的作用是融合不同的编程语言为 Java 所用，它的初衷是融合 c/c++ 程序，Java 诞生的时候，是 c/c++ 横行的时候，要想立足，必须可以调用 c/c++ 程序，于是就在内存中专门开辟了一块区域处理标记为 native 的代码，它的具体做法是 Native Method Stack 中登记 native 方法，在 Execution Engine 执行时加载 native libraies 。
  • 目前该方法的使用越来越少了，除非是与硬件有关的应用，比如通过 Java 程序驱动打印机，或者 Java 系统管理生产设备，在企业级应用中已经比较少见。因为现在异构领域的通信很发达，比如可以使用 socket 通信也可以使用 webservice 等等。
• Method Area 方法区
  • 方法区是被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数，接口代码也在此定义。简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区属于共享区间
  • 静态变量、常量、类信息、常量池都存在方法区中
• PC Register 程序计数器
  • 每个线程都有一个程序计数器，就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（下一个将要执行的指令代码），由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计。
• Native Method Stack 本地方法栈
  • 它的具体做法是 Native Method Stack 中登记 native 方法，在 Execution Engine 执行时加载 native libraies

JVM 中栈和堆

栈

栈管运行，堆管存储

Stack 栈是什么

栈也叫栈内存，主管 Java 程序的运行，是在线程创建时创建，它的生命周期是跟随线程的生命周期，线程结束栈内存也就释放。对于栈来说不存在垃圾回收问题，只要线程一结束该栈就 over，生命周期和线程一致，是线程私有的。基本类型的变量和对象的引用变量都是在函数的栈内存中分配。

栈存储什么

栈帧中主要保存 3 类数据：

• 本地变量（Local Variables）：输入参数和输出参数以及方法内的变量
• 栈操作（Operand Stack）：记录出栈、入栈操作
• 栈帧数据（Frame Data）：包括类文件、方法等

栈运行原理

栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，是一个有关方法（method）和运行期数据的数据集，当一个方法A 被调用时就产生了一个栈帧F1，并被压入到栈中，A方法又调用了 B方法，于是产生栈帧F2，也被压入栈中，B方法又调用了 C方法，于是产生栈帧F3，也被压入栈。执行完毕后，先弹出 F3栈帧，再弹出F2栈帧，再弹出 F1栈帧。遵循 「先进后出」的原则。

堆

新生区：

新生区是类的诞生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命。新生区又分为两部分：伊甸区（Eden Space）和幸存区（Survivor Space），所有的类都是在伊甸区被 new 出来的。幸存区有两个：0区（Survivor 0 Space）和 1区（Survivor 1 Space）。当伊甸园的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM 的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收（Minor GC），将伊甸园中不再被其它对象所引用的对象进行销毁。然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存0区。若幸存0区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到1区。那如果1区也满了呢？再移动到养老区。若养老区也满了，那么这时候将产生 Major GC（Full GC），进行养老区的内存清理。若养老区进行了 Full GC 之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生 OOM 异常

如果出现 java.lang.OutOfMemoryError:Java heap Space 异常，说明 Java 虚拟机的堆内存不够。原因有二：

• Java 虚拟机的堆内存设置不够，可以通过参数 -Xms -Xmx 参数来调整
• 代码中创建了大量的大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）

养老区：

养老区用于保存从新生区筛选出来的 Java 对象，一般池对象都在这个区域活跃。

永久区：

永久存储区是一个常驻内存区域，用于存放 JDK 自身所携带的 Class ，Interface 的元数据，也就是说它存储的是运行环境必须的类信息，被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，关闭 JVM 才会释放此区域所占用的内存。

如果出现 java.lang.OutOfMemoryError:PermGen Space ，说明是 Java 虚拟机对永久代 Perm 内存设置不够。一般出现这种情况，都是程序启动需要加载大量的第三方 jar 包。例如：在一个 tomcat 下面部署了太多的应用。或者大量动态反射生成的类不断被加载，最终导致 Perm 区被占满。

• JDK1.6 及以前：有永久代，常量池1.6在方法区
• JDK1.7 ：有永久代，但已经逐步 "去永久代"，常量池1.7在堆
• JDK1.8 及以后：无永久代，常量池1.8在元空间

实际而言，方法区（Method Area）和堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储虚拟机加载的：类信息、普通常量、静态常量、编译器编译后的代码等，虽然 JVM 规范将方法区描述为堆的一个逻辑部分，但它却还有一个别名叫做 Non-Heap（非堆），目的就是要和堆分开。

对于 HotSpot 虚拟机，很多开发者习惯将方法区称之为 "永久代"，但严格本质上说两者不同，或者说使用永久代来实现方法区而已。永久代是方法区的一个实现。jdk1.7版本中，已经将原本放在永久代的字符串常量池移走。

常量池是方法区的一部分， Class 文件除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息就是常量池，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

GC算法

概述：

JVM 在进行 GC 时，并非每次都对新生代、老年代、永久代三个内存区域一起回收，大部分回收的都是指新生代。因此 GC 按照回收的区域又分了两种类型，一种是普通 GC（minor GC），一种是全局 GC（major GC or Full GC）

• 普通 GC（minor GC）：只针对新生代的 GC
• 全局 GC（major GC or Full GC）：针对老年代的 GC，偶尔伴随着对新生代的 GC 和对永久代的 GC

复制算法：

年轻代使用的是 Minor GC ，这种 GC 算法采用的是复制算法（Copying）

复制算法原理：

Minor GC 会把 Eden 中的所有活的对象都移到 Survivor 区域中，如果 Survivior 区中放不下，那么剩下的活的对象就被移到 Old generation 中，也即一旦收集后，Eden 就变成空的了。

当对象在 Eden（包括一个 survivor 区域，这里假设是 from 区域）出生后，在经过一次 Minor GC 后，如果对象还存活，并且能够被另外一块 Survivor 区域所容纳（上面已经假设为 from 区域，这里应为 to 区域，即 to区域有足够的内存空间来存储 Eden 和 from 区域中存活的对象），则使用复制算法，将这些仍然还存活的对象复制到另外一块 Survivor 区域（即 to 区域）中，然后清理所使用过的 Eden 以及 Survivor区域（即 from 区域），并且将这些对象的年龄设置为1，以后对象在 Survivor 区每熬过一次 Minor GC ，就将对象的年龄 +1 ，当对象的年龄达到某个值时（默认是 15 岁），这些对象就会成为老年代。

复制算法解释：

年轻代中的 GC 主要使用的是复制算法（Coping）

HotSpot JVM 把年轻代分为了三个部分： 1个Eden区和 2 个 Survivor 区（分别叫 from 和 to）。默认比例为 8:1:1 。一般情况下，新创建的对象都会被分配到 Eden 区，这些对象经过第一次 Minor GC 后，如果仍然存活，将会被移到 Survivor 区。对象在 Survivor 区中每熬过一次 Minor GC ，年龄就会增加 1 岁，当它的年龄增加到一定程度时，就会被移动到老年代中。因为年轻代中的对象基本都是朝生夕死，所以在年轻代的垃圾回收算法使用的是复制算法。复制算法的基本思想就是将内存分为两块，每次只用其中一块，当这一块内存用完，就将还活着的对象复制到另外一块上去。复制算法不会产生内存碎片。

在 GC 开始的时候，对象只会存在 Eden 区和名为 "From" 的 Survivor 区，Survivor 区 "To" 是空的。紧接着进行GC，Eden区中所有存活的对象都会被复制到 "To"，而在 "From" 区域中，扔存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向。年龄达到一定值（年龄阈值）的对象会被移动到老年代中，没有达到阈值的对象会被复制到 "To" 区域。经过这次 GC 后，Eden 区和 From 区已经被清空。这个时候 From 和 To 会交换他们的角色，也就是新的 To 就是上次 GC 前的 From ，新的 From 就是上次 GC 前的 To。不管怎么样，都会保证名为 To 的 Survivor 区域是空的。Minor GC 会一直重复遮掩搞得过程，知道 To 区域被填满，To 区域被填满后，会将对象移动到老年代。

因为 Eden 区对象一般存活率较低，一般的，使用两块 10% 的内存作为空闲和活动区间，而另外 80% 的内存，则是用来给新建对象分配内存的。一旦发生 GC，将 10% 的活动区间与另外 80%中存活的对象转移到 10% 的空闲区间，接下来，将之前 90% 的内存全部释放，以此类推。

复制算法缺点：

• 浪费内存，始终有内存空闲
• 如果对象存活率很高，假设是 100%，那么我们就要将所有对象都复制一遍，并将所有引用地址复制一遍。复制这一工作所花费的时间，在对象存活率达到一定程度时，将会变的不可忽视。所以复制算法想要使用，最起码对象的存活率要非常低才行。