一、Java平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖

即時(shí)編譯器(JIT)

五、jvm結(jié)構(gòu)

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• 方法區(qū)(method area)

  • 類信息、常量、精通變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。方法區(qū)是全局共享的，在一定條件下它也會(huì)被GC。
  • 當(dāng)方法區(qū)使用的內(nèi)存超過(guò)它允許的大小時(shí)，就會(huì)拋出OutOfMemory：PermGen Space異常。
  • JVM方法區(qū)的相關(guān)參數(shù)，最小值：--XX:PermSize；最大值 --XX:MaxPermSize。

• 堆(heap)

  • 所有對(duì)象實(shí)例及數(shù)組，堆區(qū)是理解JavaGC機(jī)制最重要的區(qū)域。在JVM所管理的內(nèi)存中，堆區(qū)是最大的一塊，堆區(qū)也是JavaGC機(jī)制所管理的主要內(nèi)存區(qū)域，堆區(qū)由所有線程共享，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。堆區(qū)用來(lái)存儲(chǔ)對(duì)象實(shí)例及數(shù)組值，可以認(rèn)為java中所有通過(guò)new創(chuàng)建的對(duì)象都在此分配。
  • 年輕代（Young Generation），對(duì)象在被創(chuàng)建時(shí)，內(nèi)存首先是在年輕代進(jìn)行分配（注意，大對(duì)象可以直接在老年代分配）。當(dāng)年輕代需要回收時(shí)會(huì)觸發(fā)Minor GC(也稱作Young GC)。
    如果在執(zhí)行垃圾回收之后，仍沒(méi)有足夠的內(nèi)存分配，也不能再擴(kuò)展，將會(huì)拋出OutOfMemoryError:Java Heap Space異常。
  • 老年代（Old Generation）老年代用于存放在年輕代中經(jīng)多次垃圾回收仍然存活的對(duì)象，可以理解為比較老一點(diǎn)的對(duì)象。當(dāng)老年代滿了的時(shí)候就需要對(duì)老年代進(jìn)行垃圾回收，老年代的垃圾回收稱作Major GC（也稱作Full GC）。

• 程序計(jì)數(shù)器(Program Counter Register)

  • 是一塊較小的內(nèi)存空間，指向當(dāng)時(shí)線程正在執(zhí)行的字節(jié)碼指令的地址
  • 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OutMemoryError情況的區(qū)域

• 本地方法棧(Native Method Stacks)

  • 虛擬機(jī)用到的本地方法,與虛擬機(jī)發(fā)揮的作用是非常相似的，其區(qū)別不過(guò)是虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧則是為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)。
  • 與虛擬機(jī)棧一樣，本地方法區(qū)域也會(huì)拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常

• java虛擬機(jī)棧(Java Virtual Machine Stacks)

  • 當(dāng)前線程運(yùn)行方法時(shí)需要用到的局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等。
  • 在Java虛擬機(jī)規(guī)范中，對(duì)這個(gè)區(qū)域規(guī)定了兩種異常情況：如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機(jī)棧可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，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

• 其中，方法區(qū)和堆是所有線程共享的。

五、jvm內(nèi)存模型

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加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、初始化和卸載這五個(gè)階段的順序是確定的，類的加載過(guò)程必須按照這種順序按部就班的開(kāi)始，而解析階段則不一定：它在某些情況下可以在初始化階段之后再開(kāi)始，這是為了支持java語(yǔ)言的運(yùn)行時(shí)綁定，這些階段通常都是互相交叉低混合式進(jìn)行的。

• 類的加載過(guò)程

  • 加載：類加載過(guò)程的第一階段，在加載階段，虛擬機(jī)需要完成以下三件事情
    • 通過(guò)一個(gè)類的全限定名來(lái)獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流。
    • 講這個(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)
    • 在java堆中生成一個(gè)代表這個(gè)類的ava.lang.Class對(duì)象，作為方法區(qū)這些數(shù)據(jù)的訪問(wèn)入口

• 驗(yàn)證：驗(yàn)證是連接階段的第一步，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)的安全

  • 文件格式驗(yàn)證
  • 元數(shù)據(jù)驗(yàn)證
  • 字節(jié)碼驗(yàn)證
  • 符號(hào)引用驗(yàn)證

• 準(zhǔn)備：為類變量分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值的階段，這些內(nèi)存都將在方法區(qū)中進(jìn)行分配。

• 解析：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

  • 類或接口的解析
  • 字段解析
  • 類方法解析
  • 接口方法解析

• 初始化：類初始化階段是類加載過(guò)程的最后一步，這個(gè)階段才真正開(kāi)始執(zhí)行類定義的java程序代碼（字節(jié)碼）

七、jvm類加載器

• 類與類加載器：類加載器用于實(shí)現(xiàn)類的加載動(dòng)作，任意一個(gè)類都需要由加載它的類加載器和這個(gè)類本身一同確立其在java虛擬機(jī)中的唯一性

• 雙親委派模型：java虛擬機(jī)存在兩種不同的類加載器，一是啟動(dòng)類加載器（Bootstrap ClassLoader），這個(gè)類加載器使用C＋＋語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，是虛擬機(jī)的一部分。另一種就是其他類加載器，由java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，獨(dú)立于虛擬機(jī)外部，并且全部繼承自抽象類java.lang.ClassLoader

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• 破壞雙親委派模型

  • 第一次被破壞發(fā)生在雙親委派模型出現(xiàn)之前（JDK1.2發(fā)布之前）
    • JDK1.2之后java.lang.ClassLoader添加了一個(gè)新的protected方法，findClass()
  • 第二次破壞是由這個(gè)模型自身的缺陷所導(dǎo)致的，基礎(chǔ)類如果又要調(diào)回用戶的代碼會(huì)出問(wèn)題，為了解決這個(gè)問(wèn)題，java設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)引入線程上下文加載器（Thread ClassLoader）。這個(gè)類加載器可以通過(guò)java.lang.Thread類的setContextClassLoader()方法設(shè)置，如果創(chuàng)建線程時(shí)沒(méi)設(shè)置，它將會(huì)從父線程中繼承一個(gè)；如果在應(yīng)用程序的全局范圍內(nèi)都沒(méi)設(shè)置過(guò)，那么這個(gè)類加載器默認(rèn)就是應(yīng)用程序類加載器
  • 第三次破壞是由于用戶對(duì)程序動(dòng)態(tài)性的追求而導(dǎo)致的。在OSGi環(huán)境下，類加載器不再是雙親委派模型中的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，而是進(jìn)一步發(fā)展為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

八、JVM GC機(jī)制
Java GC（Garbage Collection，垃圾收集，垃圾回收）機(jī)制

• JVM通過(guò)GC來(lái)回收堆和方法區(qū)中的內(nèi)存，這個(gè)過(guò)程是自動(dòng)執(zhí)行的。說(shuō)到Java GC機(jī)制，其主要完成3件事：

  • 確定哪些內(nèi)存需要回收；
  • 確定什么時(shí)候需要執(zhí)行GC；
  • 如何執(zhí)行GC。

• 垃圾檢測(cè)、回收算法：垃圾收集器一般必須完成兩件事：檢測(cè)出垃圾；回收垃圾。怎么檢測(cè)出垃圾？一般有以下幾種方法

  • 引用計(jì)數(shù)法：給一個(gè)對(duì)象添加引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有個(gè)地方引用它，計(jì)數(shù)器就加1；引用失效就減1。如果我有兩個(gè)對(duì)象A和B，互相引用，除此之外，沒(méi)有其他任何對(duì)象引用它們，實(shí)際上這兩個(gè)對(duì)象已經(jīng)無(wú)法訪問(wèn)，即是我們說(shuō)的垃圾對(duì)象。但是互相引用，計(jì)數(shù)不為0，導(dǎo)致無(wú)法回收。
  • 根搜索算法(GC Roots Tracing)

    • 這個(gè)算法的基本思路就是通過(guò)一系列的名為“GC Roots”的對(duì)象做起點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)開(kāi)始向下搜索，搜索所走過(guò)的路徑成為引用鏈（Reference Chain），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。

    • 在Java語(yǔ)言里，可作為GC Roots的對(duì)象包括下面幾種：

      • 虛擬機(jī)棧(棧幀中的本地變量表)中的引用對(duì)象
      • 方法區(qū)中的類靜態(tài)屬性引用的對(duì)象
      • 方法區(qū)中的常量引用對(duì)象
      • 本地方法棧中JNI(即一般說(shuō)的Native方法)的引用對(duì)象

• 總之，JVM在做垃圾回收的時(shí)候，會(huì)檢查堆中的所有對(duì)象是否會(huì)被這些根集對(duì)象引用，不能夠被引用的對(duì)象就會(huì)被垃圾收集器回收。一般回收算法也有如下幾種：

  • 標(biāo)記-清除算法（Mark-sweep）
    • 算法和名字一樣，分為兩個(gè)階段：標(biāo)記和清除。標(biāo)記所有需要回收的對(duì)象，然后統(tǒng)一回收。這是最基礎(chǔ)的算法，后續(xù)的收集算法都是基于這個(gè)算法擴(kuò)展的。
    • 不足：效率低；標(biāo)記清除之后會(huì)產(chǎn)生大量碎片。
  • 復(fù)制算法（Copying）
    • 此算法把內(nèi)存空間劃為兩個(gè)相等的區(qū)域，每次只使用其中一個(gè)區(qū)域。垃圾回收時(shí)，遍歷當(dāng)前使用區(qū)域，把正在使用中的對(duì)象復(fù)制到另外一個(gè)區(qū)域中。
    • 此算法每次只處理正在使用中的對(duì)象，因此復(fù)制成本比較小，同時(shí)復(fù)制過(guò)去以后還能進(jìn)行相應(yīng)的內(nèi)存整理，不會(huì)出現(xiàn)“碎片”問(wèn)題。當(dāng)然，此算法的缺點(diǎn)也是很明顯的，就是需要兩倍內(nèi)存空間。
  • 標(biāo)記-整理算法（Mark-Compact）
    • 此算法結(jié)合了“標(biāo)記-清除”和“復(fù)制”兩個(gè)算法的優(yōu)點(diǎn)。也是分兩階段，第一階段從根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始標(biāo)記所有被引用對(duì)象，第二階段遍歷整個(gè)堆，把清除未標(biāo)記對(duì)象并且把存活對(duì)象“壓縮”到堆的其中一塊，按順序排放。
    • 此算法避免了“標(biāo)記-清除”的碎片問(wèn)題，同時(shí)也避免了“復(fù)制”算法的空間問(wèn)題。
  • 分代收集算法(Generational Collection)
    • 這是當(dāng)前商業(yè)虛擬機(jī)常用的垃圾收集算法。分代的垃圾回收策略，是基于這樣一個(gè)事實(shí)：不同的對(duì)象的生命周期是不一樣的。因此，不同生命周期的對(duì)象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。

• 垃圾收集器

HotSpot 虛擬機(jī)1.6版Update22

九、JVM性能監(jiān)控工具

• Jps（JVM Process Status Tools）
  • Jps是參照Unix系統(tǒng)的取名規(guī)則命名的，而他的功能和ps的功能類似，可以列舉正在運(yùn)行的餓虛擬機(jī)進(jìn)程并顯示虛擬機(jī)執(zhí)行的主類以及這些進(jìn)程的唯一ID（ＬＶＭＩＤ，對(duì)應(yīng)本機(jī)來(lái)說(shuō)和PID相同）
• jstat（JVM Statistics Monitoring Tools）
  • Jstat主要用于監(jiān)控虛擬機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)信息，如類的裝載、內(nèi)存、垃圾回收、JIT編譯器等，在沒(méi)有GUI的服務(wù)器上，這款工具是首選的一款監(jiān)控工具
• jinfo（JVM configuration Info for Java）
  • Jinfo的作用是實(shí)時(shí)查看虛擬機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)信息jps –v可以查看虛擬機(jī)在啟動(dòng)時(shí)被顯式指定的參數(shù)信息
• jmap（JVM Memory Map for Java）
  • Jmap用于生成堆快照（heapdump）
• jhat（JVM Heap Analysis Tool）
  • Jhat是用來(lái)分析dump文件的一個(gè)微型的HTTP/HTML服務(wù)器，它能將生成的dump文件生成在線的HTML文件，讓我們可以通過(guò)瀏覽器進(jìn)行查閱，然而實(shí)際中我們很少使用這個(gè)工具，因?yàn)橐话惴?wù)器上設(shè)置的堆、棧內(nèi)存都比較大，生成的dump也比較大，直接用jhat容易造成內(nèi)存溢出，而是我們大部分會(huì)將對(duì)應(yīng)的文件拷貝下來(lái)，通過(guò)其他可視化的工具進(jìn)行分析。
• jstack（JVM Stack Trace for java)
  • Jstack用于JVM當(dāng)前時(shí)刻的線程快照，又稱threaddump文件，它是JVM當(dāng)前每一條線程正在執(zhí)行的堆棧信息的集合。生成線程快照的主要目的是為了定位線程出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間停頓的原因，如線程死鎖、死循環(huán)、請(qǐng)求外部時(shí)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致線程停頓的原因。通過(guò)jstack我們就可以知道哪些進(jìn)程在后臺(tái)做些什么？在等待什么資源等！
• JConsole（JVM Monitoring and management console）(可視化)
  • 執(zhí)行JConsole即可查看效果
• VisualVM被成為是more in one的工具集(可視化)
  • 執(zhí)行jvisualvm即可查看效果