JVM，就是Java虛擬機，Java的的程序都是運行在JVM當中。
JVM執(zhí)行流程
程序在執(zhí)行之前先要把java源代碼轉換成字節(jié)碼（class文件），JVM 首先需要把字節(jié)碼通過一定的方(類加載器（ClassLoader）) 把文件加載到內存中的運行時數據區(qū)（Runtime Data Area） ，而字節(jié)碼文件是 JVM 的一套指令集規(guī)范，并不能直接交個底層操作系統去執(zhí)行，因此需要特定的命令解析器 執(zhí)行引擎（Execution Engine）將字節(jié)碼翻譯成底層系統指令再交由CPU去執(zhí)行，而這個過程中需要調用其他語言的接口(本地庫接口（Native Interface))來實現整個程序的功能。
執(zhí)行引擎
將Java字節(jié)碼轉換成CPU指令。
本地方法接口
調用不同系統的API實現不同的功能。
運行時數據區(qū)
方法區(qū)
方法區(qū)中存放的是類對象，可以理解為模板。在《Java虛擬機規(guī)范中》把此區(qū)域稱之為“方法區(qū)”，而在 HotSpot 虛擬機的實現中，在 JDK 7 時此區(qū)域叫做永久代（PermGen），JDK 8 中叫做元空間（Metaspace）。運行時常量池是方法區(qū)的一部分，存放字面量與符號引用。
JDK 1.8 元空間的變化
1.對于現在使用最最廣泛的 HotSpot 來說，JDK 8 元空間的內存屬于本地內存，這樣元空間的大小就不在受 JVM 最大內存的參數影響了，而是與本地內存的大小有關。
2.JDK 8 中將字符串常量池移動到了堆中。
堆
堆中存放的是new出來的具體對象。堆區(qū)和方法區(qū)之間是內存共享的：多個線程都可以去new對象，那么必須從方法區(qū)中拿對象的模板；每個線程創(chuàng)建出來的對象都會放在堆中。
虛擬機棧(線程私有)
棧主要記錄的是 方法的調用關系和可能出現的棧溢出錯誤。 每一個線程都有對應的一個Java虛擬機棧，每調用一個方法都會以一個棧幀的形式加入到線程的棧中，方法執(zhí)行完成之后棧幀就會被調出棧。此時可能存在一種情況，在遞歸調用時，調用的深度過深可能會出現棧溢出的錯誤。
- 局部變量表： 存放了編譯器可知的各種基本數據類型(8大基本數據類型)、對象引用。局部變量表所需的內存空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，這個方法需要在幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的，在執(zhí)行期間不會改變局部變量表大小。簡單來說就是存放方法參數和局部變量。
- 操作棧：每個方法會生成一個先進后出的操作棧。
- 動態(tài)連接：指向運行時常量池的方法引用。
- 方法返回地址：PC 寄存器的地址。
什么是線程私有?
由于JVM的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時間的方式來實現，因此在任何一個確定的時刻，一個處理器(多核處理器則指的是一個內核)都只會執(zhí)行一條線程中的指令。因此為了切換線程后能恢復到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要獨立的程序計數器，各條線程之間計數器互不影響，獨立存儲。我們就把類似這類區(qū)域稱之為"線程私有"的內存
本地方法棧(線程私有)
工作原理和Java虛擬機棧一樣，記錄的是本地方法的調用關系。
程序計數器(線程私有)
記錄了當前線程的方法執(zhí)行到了那一行(指令)。程序計數器是一塊比較小的內存空間，可以看做是當前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。如果當前線程正在執(zhí)行的是一個Java方法，這個計數器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令的地址；如果正在執(zhí)行的是一個Native方法，這個計數器值為空。
堆溢出問題
Java堆用于存儲對象實例，不斷的創(chuàng)建對象，就可能會在對象數量達到最大堆容量后就會產生內存溢出。
演示堆溢出現象：
設置JVM參數-Xms:設置堆的最小值、-Xmx:設置堆最大值。
public class HeapDemo {
static class OOMObject {}
public static void main(String[] args) {
List<OOMObject> list = new ArrayList<>();
// 不停的為list添加元素
while (true) {
list.add(new OOMObject());
}
}
}
當出現"Java heap space"則很明確的告知我們，OOM發(fā)生在堆上，此時堆內存被占滿。此時需要優(yōu)化堆內存的大?。ㄍㄟ^調整-Xss參數來）來避免這個錯誤。
類加載
類加載的過程
對于一個類來說，它的生命周期是這樣的：
加載
加載就是讀取.class文件。
1）通過一個類的全限定名來獲取定義此類的二進制字節(jié)流。
2）將這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結構轉化為方法區(qū)的運行時數據結構。
3）在內存中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象，作為方法區(qū)這個類的各種數據的訪問入口。
連接
驗證
這一階段的目的是確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合《Java虛擬機規(guī)范》的全部約束要求，保證這些信 息被當作代碼運行后不會危害虛擬機自身的安全。
準備
準備階段是正式為類中定義的變量（即靜態(tài)變量，被static修飾的變量）分配內存并設置類變量初始值的階段。比如此時有這樣一行代碼：public static int value = 123;它是初始化 value 的 int 值為 0，而非 123。
解析
解析階段是Java 虛擬機將常量池內的符號引用替換為直接引用的過程，也就是初始化常量的過程。
初始化
初始化階段，Java 虛擬機真正開始執(zhí)行類中編寫的Java 代碼，將控制權移交給應用程序。初始化階段就是執(zhí)行類構造器方法的過程。
雙親委派機制
如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把這個請求委派給父
類加載器去完成，每一個層次的類加載器都是如此，因此所有的加載請求最終都應該傳送到最頂層的啟
動類加載器中，只有當父加載器反饋自己無法完成這個加載請求（它的搜索范圍中沒有找到所需的類）
時，子加載器才會嘗試自己去完成加載。
1.BootStrap：啟動類加載器：加載 JDK 中 lib 目錄中 Java 的核心類庫，即$JAVA_HOME/lib目錄。 擴展類加載器。加載 lib/ext 目錄下的類。
2.ExtClassLoader: 擴展類加載器，加載lib/ext目錄下的類；
3.AppClassLoader：應用程序類加載器；
4.自定義加載器：根據自己的需求定制類加載器；
垃圾回收
public class GCDemo {
public static void main(String[] args) {
test();
}
private static void test() {
Student student = new Student();
System.out.println(student);
}
}
對于上述這個實例，當test執(zhí)行完成之后，就不會再使用了，所以對于這種無效的對象，將會被當作垃圾回收掉。如何標記這個對象是垃圾？
死亡對象的判斷算法
引用計數算法
給對象增加一個引用計數器，每當有一個地方引用它時，計數器就+1；當引用失效時，計數器就-1；任
何時刻計數器為0的對象就是不能再被使用的，即對象已"死”。
但是，在主流的JVM中沒有選用引用計數法來管理內存，最主要的原因就是引用計數法無法解決對象的
循環(huán)引用問題
public class GCDemo01 {
public Object instance = null;
private static int _1MB = 1024 * 1024;
private byte[] bigSize = new byte[2 * _1MB];
public static void testGC() {
GCDemo01 test1 = new GCDemo01();
GCDemo01 test2 = new GCDemo01();
test1.instance = test2;
test2.instance = test1;
test1 = null;
test2 = null;
// 強制jvm進行垃圾回收
System.gc();
}
public static void main(String[] args) {
testGC();
}
}
比如上述代碼，當test1=null；test=null時，那么test1和test2中的instance再也無法訪問到，所以此時堆中對象的引用計數無法歸零，導致無法垃圾回收。
可達性分析算法
通過一系列稱為"GC Roots"的對象作為起始點，從這些節(jié)點開始向下搜索，搜索走過的路徑稱之為"引用鏈"，當一個對象到GC Roots沒有任何的引用鏈相連時(從GC Roots到這個對象不可達)時，證明此對象是不可用的。Java中就采用了"可達性分析"來判斷對象是否存活。
在Java語言中，可作為GC Roots的對象包含下面幾種:
1.虛擬機棧(棧幀中的本地變量表)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。
從上面我們可以看出“引用”的功能，除了最早我們使用它（引用）來查找對象，現在我們還可以使用“引用”來判斷死亡對象了。所以在 JDK1.2 時，Java 對引用的概念做了擴充，將引用分為強引用(Strong Reference)、軟引用(Soft Reference)、弱引用(Weak Reference)和虛引用(Phantom Reference)四種，這四種引用的強度依次遞減。
1.強引用：類似于Student student = new Student()這種引用，會經歷正常的GC，判定為死亡時會被回收；
2.軟引用：軟引用是用來描述一些還有用但是不是必須的對象，當系統內存不夠或者觸發(fā)閾值時會被回收；
3.弱引用：弱引用也是用來描述非必需對象的。在每次新生代GC時都會回收弱引用；
4.虛引用：只是在對象被回收時，收到一個通知。
垃圾回收的過程
通過上面的學習可以將死亡對象在堆中標記出來，標記出來之后就可以進行垃圾回收操作。先來看一下堆的結構：
HotSpot默認新生代與老年代的比例是1:2，新生代中Eden區(qū)與Survivor區(qū)的大小比例是8:1，也就是說Eden:Survivor From(S0):Survivor To(S1)=8:1:1。所有新new出來的對象全都在Eden區(qū)。每次新生代可用內存空間為整個新生代容量的90%,而剩下的10%用來存放回收后存活的對象。
回收過程如下:
1.當Eden區(qū)滿的時候會觸發(fā)第一次Minor gc,把還活著的對象拷貝到Survivor From區(qū);當Eden區(qū)再次觸發(fā)Minor gc的時候會掃描Eden區(qū)和From區(qū)域對兩個區(qū)域進行垃圾回收。經過這次回收后還存活的對象則直接復制到To區(qū)域并將Eden和From區(qū)域清空。
2.當后續(xù)Eden又發(fā)生Minor gc的時候會對Eden和To區(qū)域進行垃圾回收存活的對象復制到From區(qū)域并將Eden和To區(qū)域清空。
3.部分對象會在From和To區(qū)域中來回復制，如此交換15次(由JVM參數MaxTen)，最終如果還存活就將其放到老年代中。
新生代：一般創(chuàng)建的對象都會進入新生代；
老年代：大對象和經歷了N次(默認值是15)垃圾回收依然存活下來的對象會從新生代移動到老年代。
新生代的GC稱為Minor GC ，老年代的GC稱為Full GC或Major GC。
每次進行垃圾回收的時候，程序都會進入暫停狀態(tài)(STW)，STOP THE WORLD。 為了高效的掃描內存區(qū)域，縮短程序暫停的時間，有一系列的垃圾回收算法。
標記-清除算法
"標記-清除"算法是最基礎的收集算法。算法分為"標記"和"清除"兩個階段 : 首先標記出所有需要回收的對象，在標記完成后統一回收所有被標記的對象。
"標記-清除"算法的不足主要有兩個 :
1.效率問題 : 標記和清除這兩個過程的效率都不高
2.空間問題 : 標記清除后會產生大量不連續(xù)的內存碎片，空間碎片太多可能會導致以后在程序運行中
需要分配較大對象時，無法找到足夠連續(xù)內存而不得不提前觸發(fā)另一次垃圾收集。
復制算法
"復制"算法是為了解決"標記-清理"的效率問題。它將可用內存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當這塊內存需要進行垃圾回收時，會將此區(qū)域還存活著的對象復制到另一塊上面，然后再把已經使用過的內存區(qū)域一次清理掉。這樣做的好處是每次都是對整個半區(qū)進行內存回收，內存分配時也就不需要考慮內存碎片等復雜情況，只需要移動堆頂指針，按順序分配即可。HotSpot在S0和S1區(qū)使用的就是這種算法。
標記-整理算法
"標記-整理算法"主要應用于老年代。標記過程仍與"標記-清除"過程一致，但后續(xù)步驟不是直接對可回收對象進行清理，而是讓所有存活對象都向一端移動，然后直接清理掉端邊界以外的內存。
缺點是在回收之后多了一步整理內存的工作；優(yōu)點是可以有大量連續(xù)的內存空間。
在新生代中，每次垃圾回收都有大批對象死去，只有少量存活，因此采用復制算法；而老年代中對象存活率高、沒有額外空間對它進行分配擔保，就必須采用"標記-整理"算法。
垃圾收集器
垃圾收集算法是內存回收的方法論，而垃圾收集器就是內存回收的具體實現。垃圾收集器的作用：垃圾收集器是為了保證程序能夠正常、持久運行的一種技術，它是將程序中不用的死亡對象也就是垃圾對象進行清除，從而保證了新對象能夠正常申請到內存空間。垃圾收集器的不斷更新就是為了減少STW。
Serial
Serial 收集器是最基本、發(fā)展歷史最悠久的串行GC收集器。它是一個單線程的收集器，但它的“單線程”的意義并不僅僅說明它只會使用一個CPU或一條收集線程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它進行垃圾收集時，必須暫停其他所有的工作線程，直到它收集結束。
ParNew
ParNew是對Serial優(yōu)化了的并行GC。用多線程的方式掃描內存，提高垃圾回收的效率，減少STW的時間。
Parallel Scavenge
Parallel Scavenge收集器是一個新生代收集器，它也是使用復制算法的收集器，又是并行的多線程收集器。
與前面的區(qū)別在于，它采用了GC自適應的調節(jié)策略：
Parallel Scavenge收集器有一個參數- XX:+UseAdaptiveSizePolicy 。當這個參數打開之后，就不需要手工指定新生代的大小、Eden與Survivor區(qū)的比例、晉升老年代對象年齡等細節(jié)參數了， 虛擬機會根據當前系統的運行情況收集性能監(jiān)控信息，動態(tài)調整這些參數以提供最合適的停頓時間或者最大的吞吐量。
Serial Old
Serial Old是Serial收集器的老年代版本，它同樣是一個單線程收集器，使用標記－整理算法。
Parallel Old
Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多線程和“標記－整理”算法。
CMS
CMS是一種老年代的并發(fā)GC。 與之前的方法不同的是，它使用了三色標記算法。它的運作過程相對于前面幾種收集器來說更復雜一些，整個過程分為4個步驟：初始標記（CMS initial mark）、并發(fā)標記（CMS concurrent mark）、重新標記（CMS remark）、并發(fā)清除（CMS concurrent sweep）。
G1
G1（Garbage First）垃圾回收器是用在heap memory很大的情況下，在內存區(qū)域的劃分上不再像之前的新生代和老年代一樣，而是把heap劃分為很多很多的region塊，然后并行的對其進行垃圾回收，從而提高效率。
圖中一個region有可能屬于Eden，Survivor或者Tenured內存區(qū)域。圖中的E表示該region屬于Eden內存區(qū)
域，S表示屬于Survivor內存區(qū)域，T表示屬于Tenured內存區(qū)域。圖中空白的表示未使用的內存空間。
G1垃圾收集器還增加了一種新的內存區(qū)域，叫做Humongous(大對象)內存區(qū)域，如圖中的H塊。這種內存區(qū)域主要用于存儲大對象-即大小超過一個region大小的50%的對象。
1.年輕代
在G1垃圾收集器中，年輕代的垃圾回收過程使用復制算法。把Eden區(qū)和Survivor區(qū)的對象復制到新的Survivor區(qū)域。
2.老年代
對于老年代上的垃圾收集，G1垃圾收集器也分為4個階段，基本跟CMS垃圾收集器一樣。
一個對象的一生
我是一個普通的 Java 對象，我出生在 Eden 區(qū)，在 Eden 區(qū)我還看到和我長的很像的小兄弟，我們在 Eden 區(qū)中玩了挺長時間。有一天Eden區(qū)中的人實在是太多了，我就被迫去了 Survivor 區(qū)的 “From” 區(qū)（S0 區(qū)），自從去了 Survivor 區(qū)，我就開始漂了，有時候在 Survivor 的 “From” 區(qū)，有時候在 Survivor 的 “To” 區(qū)（S1 區(qū)），居無定所。直到我 18 歲的時候，爸爸說我成人了，該去社會上闖闖了。于是我就去了年老代那邊，年老代里，人很多，并且年齡都挺大的，我在這里也認識了很多人。在老年代里，我生活了很多年（每次GC加一歲）然后被回收了。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-562851.html
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