JVM详解

JVM是什么？

     JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM也就是Java虚拟机的缩写。     JVM是JRE的一部分。JVM有自己完善的硬件架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。Java语言最重要的特点就是跨平台运行，使用JVM就是为了支持与操作系统无关，实现跨平台。所以，Java虚拟机JVM是属于JRE的，而现在我们安装JDK时也附带安装了JRE（当然也可以单独的安装JRE）。

JVM的内存划分

内存三区域：

a、类装载器（ClassLoader）子系统：

    类加载器是一个用来加载类文件的类。Java源代码通过Javac编译器编译成类文件。然后JVM来执行类文件中的字节码来执行程序，类加载器负责加载文件系统、网络或其他来源的类文件。有三种默认使用的类加载器：Bootstrap类加载器（根类加载器）、Extension类加载器（扩展类加载器）和System类加载器（也叫做Application类加载器：应用类加载器）每个类加载器都有设定好从何处加载类。

b、运行时数据区：

①、线程隔离（线程独占区）     1）、程序计数器：     程序计数器属于线程私有空间，程序计数器就是一个当前正在执行的字节码的行号指示器，虚拟机的字节码解释器就是通过改变这个计数器的值来选择下一条需要执行的指令，比如分支语句、循环语句、跳转语句、异常等等都需要依赖程序计数器完成。JVM的多线程是依赖于抢占CPU执行时间来完成，也就是说，不管什么时候一个CPU核心只会执行一个线程中的指令，因此，为了线程切换之后程序能回到正确的指令处理位置，每个线程都需要一个独立的计数器。如果程序正在执行一个Java方法，则计数器记录的正在执行的字节码的指令地址，如果正在执行的是一个native方法，其值为空（Undefined）。Java虚拟机规范里面，程序计数器是唯一一个不会有OOM（内存溢出异常）的区域。     2）、Java虚拟机栈：     Java虚拟机栈与线程生命周期相同。描述的是Java方法执行的内存模型：每一个方法执行的同时都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法的执行就对应着栈帧在虚拟机栈中的入栈、出栈过程。栈有三个部分：基本类型变量区、执行环境上下文、操作指令区。简单来说栈用来存放局部变量，以及对象的引用。     3）、本地方法栈：     本地方法栈和虚拟机栈类似，不同的是虚拟机栈服务的是Java方法，而本地方法栈服务的是native方法。在HotSpot虚拟机实现中是把本地方法栈和虚拟机栈合二为一的，同理它也会抛出StackOverflowError和OOM异常。     4）、Java堆：     Java属于线程共享区域，它被所有的线程共享，它是用来存放对象实例的，也是垃圾回收GC的主要区域，根据分代收集算法Java堆可分为：新生代和老年代 新生代DC（MinorGC）：指发生在新生代的垃圾收集动作，因为Java对象大多都具备朝生夕灭的特性，所以MinorGC非常频繁，一般回收速度也比较快。 老年代GC（MajorGC/FullGC）：指发生在老年代的GC，出现了MajorGC，经常会伴随至少一次的MinorGC（但非绝对）。MajorGC的速度一般比MinorGC慢10倍以上 内存分配策略： 对象优先在Eden分配：大多数情况下，对象在新生代Eden区中分配。当Eden区没有足够空间进行分配时，虚拟机将发起一次Minor GC（垃圾收集动作），虚拟机提供了收集器日志参数，会告诉虚拟机在发生垃圾收集行为时打印内存回收日志，并在进程退出的时候输出当前的内存各区域分配情况。 大对象直接进入老年代：大对象指的是需要大量连续内存空间的Java对象，比如很长的字符串和数组，经常出现大对象容易导致内存还有不少空间时就提前触发垃圾收集以获取足够的连续空间来“安置”它们。虚拟机提供了一个-XX：PretenureSizeThreshold参数，令大于这个设置值的对象直接在老年代分配。这样做的目的是避免在Eden区及两个Survivor区之间发生大量的内存复制。虚拟机给每个对象都定义了一个年龄的计数器，当改年龄从Eden中出生，并经过一次MinorGC后依然存在，那么它的年龄就会加1，当它的年龄增长到一定程度（当然，这个程度是可以设置的，默认的是15），就会进入老年代。     5）、方法区：     方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。一般情况下，JVM不会选择对方法区进行垃圾回收或者压缩，回收方法区一般都是废弃的常量和无用的类。一般方法区也会被称为永久代。JVM规范没有强制规定方法区的位置和管理编译后代码的策略。方法区可固定大小，或按需伸缩。方法区的内存不需要相邻 。     6）、运行时常量池：     运行时常量池是类和接口运行时的常量池表，它在字节码文件里，运行时常量池属于方法区。它包含几类常量，在编译时期识别的数值常量，在运行区识别的方法或引用字段。运行时常量池类似于传统语言的字符表，但它比较传统字符表所存储的范围更广。每一个运行区常量池从方法区分配内存。当类和接口被JVM创建时相应的常量池也被创建 。

c、执行引擎：

    通过类装载器装载的，被分配到JVM的运行时数据区的字节码会被执行引擎。执行引擎以指令为单位读取Java字节码。它就像一个CPU一样，一条一条地执行机器指令。每个字节码指令都由一个1字节的操作码和附加的操作数组成。执行引擎取得一个操作码，然后根据操作数来执行任务，完成后就继续执行下一条操作码。

　　不过Java字节码是用一种人类可以读懂的语言编写的，而不是用机器可以直接执行的语言。因此，执行引擎必须把字节码转换成可以直接被JVM执行的语言

JVM的垃圾回收机制

1、概念定义： 垃圾回收（Garbage Collection，GC）是Java的一大特色，在Java中，程序员不必要去关心内存的分配和垃圾的回收，这一切都交由JVM去处理，顾名思义，垃圾回收就是释放垃圾占用的内存空间，垃圾回收通常被称为GC。 2、JVM的对象引用 JVM对象引用的意思就是给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方放引用它的时候计数器就会加1，当引用失效的时候，计数器就会减1，当计数器为0的时候对象将不可能再被使用，这个时候GC就会对该对象进行回收，释放内存空间 有四种引用类型： 强引用： 强引用就是指在程序代码之中普遍存在的，类似“Object obj = new Object（）”这类的引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。 软引用： 软引用使用来描述一些还有用但并非必须的对象，对于软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围进行第二次回收，如果回收后还没有足够的内存，才会抛出内存溢出对象。 弱引用： 弱引用用来描述非必要的对象，弱引用的对象比软引用更弱一下，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作之时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只和弱引用关联的对象 虚引用：虚引用也成幽灵引用或者幻影引用，他是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用的唯一目的就是能在这个对象被垃圾收集器回收时，收到一个系统通知，JDK提供了PhantomReference类来实现虚引用 3、垃圾收集算法 标记-清除算法：     首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。     不足之处： 一个是效率问题，标记和清楚两个过程的效率都不高，另一个是空间问题，标记清楚之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。 复制算法：      它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已经使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效，      不足之处：这种算法代价将内存缩小成了原来的一半 标记-整理算法：      标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一段移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。 分代收集算法：      根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。 4、安全点     有一种情况，就是GC在进行垃圾回收的时候，而JVM堆中还有垃圾继续产生，遇到这种情况该如何处理？     那么这就要说到安全点了， GC发生时让所有线程进入最近的“安全点”，      抢先式中断：抢先式中断不需要线程的执行代码主动去配合，在GC发生时，首先把所有线程全部中断，如果发现有线程中断的地方不在安全点上，就恢复线程，让它“跑”到安全点上。      主动式中断：主动式中断：当GC需要中断线程的时候，不直接对线程操作，仅仅简单的投掷一个标志，各个线程执行时主动轮询这个标志，发现中断标志为真时就自己中断挂起，轮询标志的地方就是安全点，另外再加上创建对象需要分配内存的地方。