一、前言
最近要准备找工作，JVM肯定是跑不掉的面试内容，所以把JVM相关的内容拿来认真学习一遍，整理成自己能够快速消化的提纲，方便随时可以调用。主要分JVM结构、类加载机制、垃圾回收GC原理、JVM内存分配策略、JVM内存泄露和溢出 五个方面展开。
二、JVM结构
JVM的内部结构直接贴图：
各部分的主要功能：
- 类加载器
JVM启动，程序开始执行时，负责将class字节码加载到JVM内存区域中 - 执行引擎
负责执行class文件中包含的字节码指令 - 本地方法库
主要是调用C或C++实现的本地方法及返回结果 运行时数据区【重点关注】
方法区(Method Area)
用于存储类结构信息的地方，包括常量池、静态变量、构造函数等。java堆(Heap)
存储java实例或者对象的地方。这块是GC的主要区域。方法区和堆是被所有java线程共享的。- java栈(Stack)
java栈总是和线程关联在一起，每当创建一个线程时，JVM就会为这个线程创建一个对应的java栈。在这个java栈中又会包含多个栈帧，每运行一个方法就创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作栈、方法返回值等。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应一个栈帧在java栈中入栈到出栈的过程。所以java栈是现成私有的。 - 程序计数器(PC Register)
程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。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。 - 本地方法栈(Native Method Stack)
和java栈的作用差不多，只不过是为JVM使用到的native方法服务的。
二、JVM类加载机制
JVM类加载机制主要采用的是双亲委派模型
JVM的类加载器双亲委派模型：
- 启动类加载器 Bootsrap ClassLoader
它是最顶层的类加载器，是由C++编写而成, 已经内嵌到JVM中了。在JVM启动时会初始化该ClassLoader，它主要用来读取Java的核心类库JRE/lib/rt.jar中所有的class文件，
如果需要将自己写的类加载器加载请求委派给引导类加载器，那直接使用null代替即可。 - 扩展类加载器 Extension ClassLoader
负责加载\lib\ext目中的jar包。 - 应用程序类加载器 Application ClassLoader
是类加载器ClassLoader.getSystemClassLoader（）方法的返回值，因此称为系统类加载器，负责加载用户路径上指定的类库。一般情况下是默认的类加载器。 - 自定义类加载器 Custom ClassLoader
负责加载用户自定义的jar包
以上4种类加载器之间的这种层次关系称为类加载器的双亲委派模型
双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。这里的类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系来实现，而是都是用组合关系来复用父加载器的代码。
双亲委派的工作过程：
如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有父类加载器反馈自己无法完成这个加载请求时，子加载器才会尝试自己去加载。【PS：典型的啃老族，有问题先找老子，老子搞不定了才自己去尝试解决】
双亲委派机制的最大优点就是使得java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。尤其是保证了基础类的统一性，保证了java程序的稳定运行。
三、JVM垃圾回收GC原理
垃圾回收算法主要采用的是分代收集算法【GC】。
GC是根据对象的存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把java堆分成新生代和老年代。新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要复制少量存活对象即可完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外的空间对它进行分配担保，就必须使用“标记-清理”或者“标记-整理”算法来回收。
四、JVM内存分配及回收策略
新生代和老年代的梗说，JVM的内存分配也是和GC保持一致的，具体分配如图：
具体的回收策略如图：
总结策略就是：
- 对象优先在Eden分配
- 大对象直接进老年代
- 长期存活的对象将进入老年代
动态对象进行年龄判定再分代
五、JVM内存泄露和溢出
1.定义
内存泄露
指程序中动态分配内存给一些临时对象，但是对象不会被GC所回收，它始终占用内存。即被分配的对象可达但已无用。内存溢出
指程序运行过程中无法申请到足够的内存而导致的一种错误。内存溢出通常发生于OLD段或Perm段垃圾回收后，仍然无内存空间容纳新的Java对象的情况。从定义上可以看出内存泄露是内存溢出的一种诱因，不是唯一因素。
Java 堆内存的OutOfMemoryError异常是实际应用中最常见的内存溢出异常情况。出现Java 堆内存溢出时，异常堆栈信息“java.lang.OutOfMemoryError”会跟着进一步提示“Java heapspace”。
2.常见内存泄露的几种场景
1、长生命周期的对象持有短生命周期对象的引用
这是内存泄露最常见的场景，也是代码设计中经常出现的问题。例如：在全局静态map中缓存局部变量，且没有清空操作，随着时间的推移，这个map会越来越大，造成内存泄露。
2、修改hashset中对象的参数值，且参数是计算哈希值的字段
当一个对象被存储进HashSet集合中以后，就不能修改这个对象中的那些参与计算哈希值的字段，否则对象修改后的哈希值与最初存储进HashSet集合中时的哈希值就不同了，在这种情况下，即使在contains方法使用该对象的当前引用作为参数去HashSet集合中检索对象，也将返回找不到对象的结果，这也会导致无法从HashSet集合中删除当前对象，造成内存泄露。
3、机器的连接数和关闭时间设置
长时间开启非常耗费资源的连接，也会造成内存泄露。
3.内存溢出的几种情况
1、堆内存溢出（outOfMemoryError：Java heap space）
在jvm规范中，堆中的内存是用来生成对象实例和数组的。
如果细分，堆内存还可以分为年轻代和年老代，年轻代包括一个eden区和两个survivor区。
当生成新对象时，内存的申请过程如下：
a、jvm先尝试在eden区分配新建对象所需的内存；
b、如果内存大小足够，申请结束，否则下一步；
c、jvm启动youngGC，试图将eden区中不活跃的对象释放掉，释放后若Eden空间仍然不足以放入新对象，则试图将部分Eden中活跃对象放入Survivor区；
d、Survivor区被用来作为Eden及old的中间交换区域，当OLD区空间足够时，Survivor区的对象会被移到Old区，否则会被保留在Survivor区；
e、 当OLD区空间不够时，JVM会在OLD区进行full GC；
f、full GC后，若Survivor及OLD区仍然无法存放从Eden复制过来的部分对象，导致JVM无法在Eden区为新对象创建内存区域，则出现”out of memory错误”： outOfMemoryError：java heap space
2、方法区内存溢出（outOfMemoryError：permgem space）
在jvm规范中，方法区主要存放的是类信息、常量、静态变量等。
所以如果程序加载的类过多，或者使用反射、gclib等这种动态代理生成类的技术，就可能导致该区发生内存溢出，一般该区发生内存溢出时的错误信息为： outOfMemoryError：permgem space
3、线程栈溢出（java.lang.StackOverflowError）
线程栈时线程独有的一块内存结构，所以线程栈发生问题必定是某个线程运行时产生的错误。
一般线程栈溢出是由于递归太深或方法调用层级过多导致的。
发生栈溢出的错误信息为：
java.lang.StackOverflowError
4.发生了内存泄露或溢出怎么办？
要解决这个区域的异常，一般的手段是首先通过***内存映像分析工具***（如Eclipse Memory Analyzer）对dump 出来的堆转储快照进行分析，重点是确认内存中的对象是否是必要的，也就是要先分清楚到底是出现了内存泄漏（Memory Leak）还是内存溢出（Memory Overflow）。
如果是内存泄漏，可进一步通过工具查看泄漏对象到GC Roots 的引用链。于是就能找到泄漏对象是通过怎样的路径与GC Roots 相关联并导致垃圾收集器无法自动回收它们的。掌握了泄漏对象的类型信息，以及GC Roots 引用链的信息，就可以比较准确地定位出泄漏代码的位置。
如果不存在泄漏，换句话说就是内存中的对象确实都还必须存活着，那就应当**检查虚拟机的堆参数**（-Xmx 与-Xms），与机器物理内存对比看是否还可以调大，从代码上检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长的情况，尝试减少程序运行期的内存消耗。
5.怎么样避免发生内存泄露和溢出
1、尽早释放无用对象的引用
2、使用字符串处理，避免使用String，应大量使用StringBuffer，每一个String对象都得独立占用内存一块区域
3、尽量少用静态变量，因为静态变量存放在永久代（方法区），永久代基本不参与垃圾回收
4、避免在循环中创建对象
5、开启大型文件或从数据库一次拿了太多的数据很容易造成内存溢出，所以在这些地方要大概计算一下数据量的最大值是多少，并且设定所需最小及最大的内存空间值。