面试复习JVM虚拟机

JVM

JVM 是可运行 Java 代码的假想计算机 ，包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收，堆 和 一个存储方法域。JVM 是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互。这是JVM能跨平台运行的原因。

Java 源文件，通过编译器，能够生产相应的.Class 字节码文件，字节码文件又通过 Java 虚拟机中的解释器，编译成特定机器上的机器码。

当一个程序从开始运行，这时虚拟机就开始实例化了，多个程序启动就会
存在多个虚拟机实例。程序退出或者关闭，则虚拟机实例消亡，多个虚拟机实例之间数据不
能共享。

线程

jvm运行一个应用并发的执行多个线程
线程：当线程本地存储，缓冲区分配、同步对象、栈、程序计数器准备好后，就会创建一个原生线程。操作系统负责分配线程到cpu中，当原生线程初始化完毕后，就会调用java.run()方法执行线程。线程结束时释放原生线程和java线程所有资源。

jvm内存区域

1.线程私有内存（跟着线程同时创建销毁）：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈
2.线程共享内存（跟着jvm同时创建销毁）：方法区/永久代、堆

区域详解

1.程序计数器（线程私有）：

计数器是一个寄取器，包含了当前执行的指令的地址。当指令被执行引擎获取后，计数器的存储地址自动+1，指向下一个指令的地址。

2.虚拟机栈（线程私有）：

描述java方法的内存模型。每个java方法在执行的时候就会创建一个栈帧，存储局部变量表、操作数栈，动态链接。方法出入口等。出栈入栈代表了调用与完成。

栈帧：
 存储数据和部分过程结果的数据结构。同时也用来处理动态链接。

3.本地方法区（线程私有）:

功能和虚拟机栈类似，但是虚拟机栈执行的是java方法，本地方法区执行的是Native方法，例如用C写的方法，本地方法区就变成了C栈

4.堆（线程共享）：

创建的对象和数据以及引用类型的都保存在堆head中。堆也是垃圾收集器进行垃圾收集的重要区域。现在JVM采用的是分代收集算法，堆从GC角度上分：新生代（eden,survior from , survior to）和老年代

5.方法区/永久代（线程共享）：

存储被JVM加载的类信息，常量、静态变量、即时编译器编译后的结果。（永久代的内存回收主要是针对常量池的回收和类型的卸载）。

运行时常量池：
包括字符串常量池和类信息、属性信息、方法信息等等。jdk1.7时，字符串常量池物理上转移到堆中，但是逻辑上还是在方法区。1.8后，方法区的实现从永久代变成了元空间，元空间不存在jvm中，存放于本地内存。

JVM运行时内存（堆的GC）

堆的GC是分代回收，堆的三分之一内存是新生代Young（eden,survior from 和survior to），三分之二内存是老年代Old。

新生代：

• eden:java新对象的的出生地。（如果新创建的对象很大，直接分配到老年代）当eden内存不足就会触发minor
  GC。对新生代进行一次垃圾回收
• survior from:上一次回收剩余的幸存者，作为下一次回收的被扫瞄者。
• survior to:保留这一次的幸存者。

minor GC:

采用复制算法对标记的对象回收：

• 1.eden、survior from复制到Survior to，然后年龄+1：把eden和survior from的区域中存活的对象复制到survior to区域中给（如果年龄达到了老年代的标准就赋值到老年代（一般15岁），或者survior to位置不够也放到老年代），同时把对象的年龄+1
• 2.清空eden和survior from
• 3.survior to和survior from互换，使得原来的survior to变成下次GC的survior from

老年代

存放程序中周期比较长的内存对象。

major GC:

采用标记清楚算法回收

• 当老年代空间不足才会进行major gc。major gc会扫描一次所有老年代，用标记清除算法标记需要回收的对象，然后用垃圾收集器（一般是serial垃圾收集器）进行回收被标记的对象。

full GC

major gc清理老年代，full gc清理新生代和老年代,full gc

GC中如何确认垃圾（标记回收象）

1.引用计数法：

通过引用一个对象的次数来判断对象是否可以回收。用计数器标记对象，被引用一次，+1，引用失效，—1.当计数器为0的时候，既可以标记为可回收对象。但是因为引用计数法很难解决对象之间的循环引用问题，所以当前java没有采取引用计数法。

2.可达性分析：

当前java采取可达性分析确认回收对象。1.虚拟机栈（栈帧的变量表）中引用的对象 2.方法类中的静态属性引用的对象3.方法区中常量引用的对象4.本地方法栈中引用的native对象 堆的对象通常可以被以上的对象进行引用间接访问。如果堆中的对象没有被间接引用，那么这个对象就是可以回收的。

在GC视野中，把这些对象称为GC ROOT。以GCroot作为跟起点，往下搜索，即给定一个集合的引用作为根出发，通过引用关系遍历图，如果堆中一个对象到gc root没有任何相对链路相连时，那就标记为可回收对象。
一个对象被判断两次以上为可回收对象才会面临回收。

GC如何回收对象

1.标记清除法：

最基础算法。分两个阶段：标记和清除。1.标记阶段通过可达性分析标记出所有需要回收的对象.
2.清除阶段回收被标记的对象占用的空间，collector收集器对堆内存从头到尾的进行遍历，把标记的对象进行回收。
缺点：1.清楚效率低 2.清楚后产生大量内存碎片，可能会导致大的对象找不到可用内存空间OOM。

2.复制算法：

为了解决内存随便而产生：把内存分成两块，每次存储只是用到1块内存，当这块内存满了后，把活着的对象复制到另一块，然后清空已使用的。
优点：效率高，不易产生碎片
缺点：原本内存被压缩成了原来一半，当对象产生过多的时候，算法效率大大降低

3.标记整理法：

综合标记清除法和复制法，在第一阶段标记回收对象后，将存活的对象移动到另一端，然后清除端边外的对象。

4.分代收集算法：

当前JVM才用的算法：核心思想是根据对象存货的生命周期将内存划分不同域，新生代和老年代，一般老年代特点是只有少量对象需要回收，新生代每次回收大量垃圾。
新生代使用复制算法：因为新生代每次回收大量的对象，所以即需要复制的操作比较少，且新生代划分内存不是按1：1，是按8：1：1划分eden,survior from 和survior to
老年代：使用标记复制法：在新生代存活下来一次GC后就年龄加一，当对象内存过大活着年龄到达15就会到老年代。

5.分区收集算法：

将堆空间划分为连续的不同小区，每个小区独立使用，这样的好处是可以控制一次回收多少空间。根据目标停顿时间，每次合理的回收若干个小区间而不是堆，从而减少一次GC产生的停顿。

引用类型（强度从强到弱）

• 1.强引用：类似A a = new A()，强引用是最普遍的引用，一个对象只要有强引用，当内存不足时候JVM宁愿抛出oom也不会回收该对象。
• 2.软引用：java提高SoftRefernce类实现软引用：只要内存足够，就不会回收软引用。内存不足则回收。
• 3.弱引用：java提供WeakReference实现。一旦发送GC，只要是弱引用，无论内存是否足够，只要是在回收器的扫描下被扫描到了，就得回收（但是垃圾回收器是优先级很低的线程，不一定能很快发现）
• 4.虚引用：java提供PhantomReference实现虚引用。虚引用不能单独使用，必须配合引用队列使用，只要作用是跟踪对象被垃圾回收的状态。（任何时候都可能回被会回收）

垃圾收集器

新生代

serial垃圾收集器（单线程、复制法），ParNew垃圾收集器（serial+多线程），parallel scavenge（多线程复制算法、高效）

• serial垃圾收集器：最基本的垃圾回收器，使用复制算法。serial是单线程的回收器，只使用一个cpu或者一个线程去完成工作，因为没有与其他线程交互的开销，所以效率很高，是jvm运行在client模式下默认的新生代垃圾回收器。

• ParNew垃圾收集器：是serial的收集的多线程版本，也使用复制法，serial基础上采取了多线程收集，跟serial一样工作时候会暂停其他的工作现场。是java虚拟机运行在server模式下新生代的默认收集器。

• parallel scavenge收集器：也是多线程采取复制算法的收集器。突出重点是有个自适应策略：关注程序是否在一个可控的吞吐量（吞吐量=程序运行时间/(程序运行时间+垃圾收集时间)）

老年代

serial old垃圾收集器（单线程标记整理法），parallel old（多线程标记整理法）CMS（多线程标记清除法）

• serial old:serial 垃圾回收器老年代版本，单线程使用标记整理法。运行在client的默认老年代的垃圾回收器。

• parallel old垃圾收集器：parallel scavenge的老年代版本，多线程的标记整理法

• CMS收集器：采用多线程标记清除法：主要目标是获取最短停顿时间的回收垃圾。

• G1收集器：Garbage first收集器，jvm最新版本有：1.基于标记整理法，不产生内存碎片2.精准控制停顿时间，在不牺牲吞吐量的情况下，实现低停顿回收。3.避免全区域回收，把堆内存分成几个大小固定区域，跟踪这些区域的垃圾收集进度，同时后台维护一个优先级表。，根据允许的最大收集时间，优先回收垃圾最多的区域。区域划分和优先等级回收能很好的提高G1收集器的收集效率。

当前JVM收集器：

查看命令：
java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

java -XX:+PrintGCDetails -version

显示：

• UseSerialGC，虚拟机运行在Client模式下的默认值，Serial+Serial Old。
  UseParNewGC，ParNew+Serial Old，在JDK1.8被废弃，在JDK1.7还可以使用。
  UseConcMarkSweepGC，ParNew+CMS+Serial Old。
  UseParallelGC，虚拟机运行在Server模式下的默认值，Parallel Scavenge+Serial Old(PS
  Mark Sweep)。 UseParallelOldGC，Parallel Scavenge+Parallel Old。
  UseG1GC，G1+G1。

书上默认的jdk1.8jvm收集器是UseParallelGC，即parallel scavenge + serial old，实际现实中上是：parallel scavenge+parallege old（即使现在jdk 查询命令查到的是UseParallelGC）
jdk1.9的是G1+G1