三大主流的JVM
- SUN公司的Hotspot VM
- BEA公司的JRockit
- IBM公司的J9
Hotspot有方法区，而JRockit和J9都没有方法区,我们大多数用的第一种
JVM的主要组成部分
JVM包含两个子系统和两个组件，两个子系统为Class loader(类装载)、Execution engine(执行引擎)；两个组件为Runtime data area(运行时数据区)、Native Interface(本地接口)。
- Class loader(类装载)：根据给定的全限定名类名(如java.lang.Object)来装载class文件到Runtime data area中的方法区
- Execution engine（执行引擎）：执行classes中的指令。
- Native Interface(本地接口)：与native libraries交互，是其它编程语言交互的接口。
- Runtime data area(运行时数据区域)：这就是我们常说的JVM的内存。
JVM 运行时数据区
- 程序计数器（Program Counter Register）：当前线程所执行的字节码的行号指示器，字节码解析器的工作是通过改变这个计数器的值，来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能，都需要依赖这个计数器来完成；
- Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）：用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息；
- 本地方法栈（Native Method Stack）：与虚拟机栈的作用是一样的，只不过虚拟机栈是服务 Java方法的，而本地方法栈是为虚拟机调用 Native 方法服务的；
- Java 堆（Java Heap）：Java 虚拟机中内存最大的一块，是被所有线程共享的，几乎所有的对象实例都在这里分配内存；
- 方法区（Methed Area）：用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。
Java程序运行机制
- 编写Java源代码，源文件的后缀为.java；
- 再利用编译器(javac命令)将源代码编译成字节码文件，字节码文件的后缀名为.class；
- 类加载器把字节码加载到内存中，将其放在运行时数据区（Runtime data area）的方法区内，字节码文件只是 JVM 的一套指令集规范，并不能直接交给底层操作系统去执行
- 命令解析器执行引擎（ExecutionEngine），将字节码翻译成底层系统指令
- 交由 CPU 去执行，而这个过程中需要调用其他语言的本地库接口（Native Interface）来实现整个程序的功能。
虚拟机类加载机制
Java中的所有类，都需要由类加载器装载到JVM中才能运行。类加载器本身也是一个类，而它的工作就是把class文件从硬盘读取到内存中。在写程序的时候，我们几乎不需要关心类的加载，因为这些都是隐式装载的，除非我们有特殊的用法，像是反射，就需要显式的加载所需要的类
- 显式装载， 通过class.forname()等方法，显式加载需要的类
- .隐式装载， 程序在运行过程中当碰到通过new 等方式生成对象时，隐式调用类装载器加载对应的类到jvm中
Java类的加载是动态的，它并不会一次性将所有类全部加载后再运行，而是保证程序运行的基础类(像是基类)完全加载到jvm中，至于其他类，则在需要的时候才加载。这当然就是为了节省内存开销。
类加载器
-
启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），是虚拟机自身的一部分，用来加载Java_HOME/lib/目录中的，或者被 -Xbootclasspath 参数所指定的路径中并且被虚拟机识别的类库；
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扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载\lib\ext目录或Java. ext. dirs系统变量指定的路径中的所有类库；
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应用程序类加载器（Application ClassLoader）。负责加载用户类路径（classpath）上的指定类库，我们可以直接使用这个类加载器。一般情况，如果我们没有自定义类加载器默认就是用这个加载器。
双亲委派机制如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成， 每一层的类加载器都是如此，这样所有的加载请求都会被传送到顶层的启动类加载器中， 只有当父加载无法完成加载请求（它的搜索范围中没找到所需的类）时，子加载器才会尝试去加载类。
例如：
package java.lang; //本地创建的String类
public class String {
public String toString(){
return "hello";
}
public static void main(String[] args) {
String s = new String();
s.toString();
}
}
由于双亲委派机制，会一直往上寻找java.lang.String类，父加载器找到了，子加载器不会去加载
堆栈的区别
- 物理地址：
堆的物理地址分配对对象是不连续的。因此性能慢些。
栈使用的是数据结构中的栈，先进后出的原则，物理地址分配是连续的。所以性能快。 - 内存分别：
堆因为是不连续的，所以分配的内存是在 运行期 确认的，因此大小不固定。一般堆大小远远大于栈。
栈是连续的，所以分配的内存大小要在 编译期 就确认，大小是固定的。 - 存放的内容：
堆存放的是对象的实例和数组。因此该区更关注的是数据的存储
栈存放：局部变量，操作数栈，返回结果。该区更关注的是程序方法的执行。 - 程序的可见度
堆对于整个应用程序都是共享、可见的。
栈只对于线程是可见的。所以也是线程私有。他的生命周期和线程相同。 - GC机制：针对的是堆
栈内存，主管程序的运行，生命周期和线程同步，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，一旦线程结束，栈就over
堆的分区
-
Eden区：新对象都是在此new出来的
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老年代区：经过GC机制未清理的对象（长期存活的对象或者新生代无法容纳的大对象）进入老年代
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元空间：逻辑上存在，物理上不存在这个区域常驻内存，用来存放JDK自身携带的Class对象，Interface元数据，java运行时的一些环境或类信息，不存在垃圾回收，关闭JVM就会释放这个区域的内存
元空间的发展历程： 1.6之前 永久代 常量池是在方法区中 1.7永久代 但慢慢退化了-有了去永久代的想法 常量池在堆中 1.8后 无永久代 常量池在元空间中 老年代中的对象： 年龄达到一定的程度（默认是15）的对象 在 survivor 空间中相同年龄所有对象大小的总和>survivor空间的一半
GC垃圾回收机制
当程序运行时，至少会有两个线程开启启动，一个是我们的主线程，一个时垃圾回收线程，垃圾回收线程的priority（优先级）较低。
垃圾回收器会对我们使用的对象进行监视，当一个对象长时间不使用时，垃圾回收器会在空闲的时（不定时）对对象进行回收，释放内存空间，程序员是不可以显示的调用垃圾回收器回收内存的，但是可以使用System.gc()方法建议垃圾回收器进行回收，但是垃圾回收器不一定会执行。
Java垃圾回收机制可以有效的防止内存溢出问题，但是它并不能完全保证不会出现内存溢出。
例如：
package com.heng;
import java.util.Random;
public class Text {
public static void main(String[] args) {
String s="liuheng";
while (true){
s+= s+new Random().nextInt(88888888)+new Random().nextInt(88888888);
}
}
}
调参获取GC细节 -Xms8m -Xmx8m -XX:+PrintGCDetails
内存满了，内存发生溢出：
如何解决这个问题：
- 尝试扩大堆内存看结果
- 分析内存，看一下那个地方出现了问题（MAT,JProfiler专业分析工具）
JProfiler插件安装
方式一：IDEA上下载Settings–>plugins->JProfiler
方式二：官网下载插件
https://plugins.jetbrains.com/plugin/253-jprofiler/versions
然后把从下载的压缩包解压出来的JProfiler文件夹，copy到IDEA自定义插件目录，默认路径：C:\Users\Administrator.IntelliJIdea2017.2\config\plugins
JProfiler监控软件安装
官方下载地址：https://www.ej-technologies.com/download/jprofiler/version_92
idea集成一下
常用的 JVM 调优的参数
- -Xms2g：初始化推大小为 2g；
- -Xmx2g：堆最大内存为 2g；
Xms 是设置初始化内存分配大小 默认是1/64
Xmx 是设置最大分配内存 默认是1/4 - -XX:NewRatio=4：设置年轻的和老年代的内存比例为 1:4；
- -XX:SurvivorRatio=8：设置新生代 Eden 和 Survivor 比例为 8:2；
- –XX:+UseParNewGC：指定使用 ParNew + Serial Old 垃圾回收器组合；
- -XX:+UseParallelOldGC：指定使用 ParNew + ParNew Old 垃圾回收器组合；
- -XX:+UseConcMarkSweepGC：指定使用 CMS + Serial Old 垃圾回收器组合；
- -XX:+PrintGC：开启打印 gc 信息；
- -XX:+PrintGCDetails：打印 gc 详细信息。
GC算法
标记-清除算法
- 标记阶段：标记出可以回收的对象。
- 清除阶段：回收被标记的对象所占用的空间。
优点： 实现简单，不需要对象进行移动。
缺点：标记、清除过程效率低，产生大量不连续的内存碎片，提高了垃圾回收的频率。
复制算法
它把内存空间划为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。垃圾收集时，遍历当前使用的区域，把存活对象复制到另外一个区域中，最后将当前使用的区域的可回收的对象进行回收。
优点：按顺序分配内存即可，实现简单、运行高效，不用考虑内存碎片。
缺点：可用的内存大小缩小为原来的一半，对象存活率高时会频繁进行复制。
标记-整理算法
标记-清除算法可以应用在老年代中，但是它效率不高，在内存回收后容易产生大量内存碎片。因此就出现了一种标记-整理算法（Mark-Compact）算法，与标记-整理算法不同的是，
在标记可回收的对象后将所有存活的对象压缩到内存的一端，使紧凑的排列在一起，然后对端边界以外的内存进行回收。回收后，已用和未用的内存都各自一边。
优点：解决了标记-清理算法存在的内存碎片问题。
缺点：仍需要进行局部对象移动，一定程度上降低了效率。
总结：
分代垃圾回收器是工作流程
分代回收器有两个分区：老生代和新生代，新生代默认的空间占比总空间的 1/3，老生代的默认占比是2/3。
新生代使用的是复制算法，新生代里有 3 个分区：Eden、To Survivor、From Survivor，它们的默认占比是 8:1:1，它的执行流程如下：
- 把 Eden + From Survivor 存活的对象放入 To Survivor 区；
- 清空 Eden 和 From Survivor 分区；
- From Survivor 和 To Survivor 分区交换，From Survivor 变 To Survivor，To Survivor 变 From Survivor。
每次在 From Survivor 到 To Survivor 移动时都存活的对象，年龄就 +1，当年龄到达15（默认配置是15）时，升级为老生代。大对象也会直接进入老生代。
老生代当空间占用到达某个值之后就会触发全局垃圾收回，一般使用标记整理的执行算法。以上这些循环往复就构成了整个分代垃圾回收的整体执行流程。谁空谁是to
JVM 有哪些垃圾回收器？
- 新生代回收器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge
- 老年代回收器：Serial Old、Parallel Old、CMS
- 整堆回收器：G1
新生代垃圾回收器一般采用的是复制算法，复制算法的优点是效率高，缺点是内存利用率低；老年代回收器一般采用的是标记-整理的算法进行垃圾回收。
不同收集器之间的连线表示它们可以搭配使用。
面试题：详细介绍一下 CMS 垃圾回收器？
CMS 是英文 Concurrent Mark-Sweep 的简称，是以牺牲吞吐量为代价来获得最短回收停顿时间的垃圾回收器。对于要求服务器响应速度的应用上，这种垃圾回收器非常适合。在启动 JVM 的参数加上“-XX:+UseConcMarkSweepGC”来指定使用 CMS 垃圾回收器。
CMS 使用的是标记-清除的算法实现的，所以在 gc的时候回产生大量的内存碎片，当剩余内存不能满足程序运行要求时，系统将会出现 Concurrent Mode Failure，临时 CMS 会用 Serial Old 回收器进行垃圾清除，此时的性能将会被降低。