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2.3 本地方法栈（Native Method Stacks）
1、什么是JVM？
1.1 定义
Java Virtual Machine - java程序的运行环境（java二进制字节码的运行环境）
好处：
- 一次编写、到处运行；
- 自动内存管理，垃圾回收功能
- 数组下标越界检查（不会覆盖其他资源的内存）
- 多态
1.2 比较JVM JRE JDK
1.3 JVM体系
2、JVM内存结构
2.1 程序计数器（PC寄存器）
作用：记住下一条jvm指令的地址；（在物理上通过寄存器实现）
特点：
- 线程私有（每个线程有自己的程序计数器）
- 不会存在内存溢出
2.2 栈
2.2.1 定义
Java Virtual Machine Stack（Java虚拟机栈）
- 虚拟机栈：每个线程运行需要的内存空间
- 每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次方法调用时所占的内润
- 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法
2.2.2 相关问题
- 垃圾回收是否涉及栈内存？
不涉及，栈内存中的栈帧在方法执行完后会自动弹出栈。
- 栈内存分配越大越好吗？
不是。栈内存越大，会导致线程数减少。默认大小：1024KB
- 方法内的局部变量是否线程安全
如果方法内局部变量没有逃离方法的作用范围，它是线程安全的。
如果是局部变量引用了对象，并逃离方法的作用范围，需要考虑线程安全。
2.2.3 栈内存溢出
报错：java.lang.StackOverflowError
原因：
- 栈帧过多导致栈内存溢出（例如不正确的递归调用、Json解析对象循环引用）
- 栈帧过大导致栈内存溢出
2.2.4线程运行诊断
- 案例一：cpu占用过多
- 定位：top命令查看进程占用cpu情况
- ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 进程id （进一步定位哪个线程占用cpu过高）
- jstack 进程id 定位问题代码源码行数
- 案例二：程序运行很长时间没有结果（可能产生死锁）
- jstack命令，Found one Java-level deadlock， 定位问题代码源码行数
2.3 本地方法栈（Native Method Stacks）
作用：给本地方法运行提供内存空间
2.4 堆（Heap）
2.4.1 特点
- 通过new关键字，创建对象都会使用堆内存。
- ‘它是线程共享的，堆中对象都需要考虑线程安全的问题。
- 有垃圾回收机制。
2.4.2 堆内存溢出
报错：java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
原因：正在使用的对象或字符串太多。（jdk1.8后，字符串常量池在堆内存中）
2.4.3 堆内存诊断
工具：
- jps工具：查看当前系统中有哪些java进程
- jmap工具：查看堆内存占用情况，快照信息
- jconsole工具（jdk自带）：图形界面，多功能的监测工具，可以连续监测
- jvisualvm工具：可以检查堆中最大的对象。
案例：垃圾回收后，堆内存占用依旧很大。
可以使用jvisualvm工具查看堆内存中的对象。
2.4 方法区（Method Area）
方法区是一种规范，具体物理空间有不同实现
2.4.1 组成
图中忽略其他内容，仅展示方法区和堆的位置
2.4.2 方法区内存溢出（1.8后元空间内存溢出）
报错：java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace
原因：生成了太多的类。
场景：
- spring cglib代理，运行期间动态生成类的字节码，运行期间可能生成大量的类
- mybatis cglib代理
2.4.3 运行时常量池
二进制字节码中：类基本信息，常量池，类方法定义，包含了虚拟机指令
反编译HelloWorld.class文件后可以看到：
- 常量池，就是一张表，虚拟机指令根据这张表找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量等信息。
- 运行时常量池，常量池是.class文件中的，当该类被加载，它的常量池信息就会放入运行时常量池中，并把里面的符号地址变为真实地址。
2.4.4 StringTable特性
- StringTable：字符串常量池，底层是HashTable结构，不能扩容
- 常量池中的字符串仅是符号，第一次用到时才变为对象
- 利用串池的机制，来避免重复创建字符串对象
- 字符串变量拼接的原理是StringBuilder（1.8）
- 字符串常量拼接的原理是编译期优化
- 可以使用intern方法，主动将串池中还没有的字符串对象放入串池
- 1.8将字符串对象尝试放入串池，如果有则不会放入，没有则放入串池
- 1.6将字符串对象尝试放入串池，如果没有则会复制一份放入串池，返回串池中的对象。
- 在内存紧张时，会触发垃圾回收
面试题：
2.4.5 StringTable性能调优
- 可以适当修改虚拟机参数 -XX:StringTableSize (桶个数)，原理是增大桶的容量，减小hash冲突，提升效率。
- 考虑将字符串对象是否入池
2.5 类加载器（ClassLoader）
2.5.1 什么是类加载器
作用：JVM只能运行二进制文件，类加载器的作用是将字节码文件加载到JVM中，从而让Java程序能够启动起来。
- 启动类加载器(BootStrap ClassLoader)：该类并不继承ClassLoader类，其是由C++编写实现。负责加载Java的核心库（如JAVA_HOME/jre/lib目录下的类库）。
- 扩展类加载器(ExtClassLoader)：该类是ClassLoader的子类，主要加载JAVA_HOME/jre/lib/ext目录中的类库。
- 应用类加载器(AppClassLoader)：该类是ClassLoader的子类，主要用于加载classPath下的类，也就是加载开发者自己编写的Java类。
- 自定义类加载器：开发者自定义类继承ClassLoader，实现自定义类加载规则。
2.5.2 双亲委派模型
原理：加载某一个类，先委托上一级的加载器进行加载，如果上级加载器也有上级，则会继续向上委托，如果该类委托上级没有被加载，子加载器尝试加载该类。
原因：
- 可以避免某一个类被重复加载，当父类已经加载后无需重复加载，保证唯一性。
- 为了安全，保证类库API不会被修改
2.5.3 类装载的执行过程
（1）加载：查找和导入class文件
- 通过类的全名，获取类的二进制数据流。
- 解析类的二进制数据流为方法区内的数据结构（Java类模型）
- 创建java.lang.Class类的实例，表示该类型。作为方法区这个类的各种数据的访问入口
（2）验证：保证加载类的准确性
- 格式检查：文件格式是否错误、语法是否错误、字节码是否合规
- 文件格式验证
- 元数据验证
- 字节码验证
- 符号引用验证：Class文件在其常量池中通过字符串记录自己将要使用的其它类或者方法，检查它们是否存在
（3）准备：为类变量分配内存并设置类变量初始值
- static变量，分配空间在准备阶段完成（设置默认值），赋值在初始化阶段完成
- static变量是final的基本类型，以及字符串常量，值已确定，赋值在准备阶段完成
- static变量是final的引用类型，那么赋值也会在初始化阶段完成
（4）解析：把类中的符号引用转换为直接引用
- 比如：方法中调用了其他方法，方法名可以理解为符号引用，而直接引用就是使用指针直接指向方法。
（5）初始化：对类的静态变量，静态代码块执行初始化操作
- 如果初始化一个类的时候，其父类尚未初始化，则优先初始化其父类。
- 如果同时包含多个静态变量和静态代码块，则按照自上而下的顺序依次执行。
（6）使用：JVM 从入口方法开始执行用户的程序代码
- 调用静态类成员信息（比如：静态字段、静态方法）
- 使用new关键字为其创建对象实例
（7）卸载：当用户程序代码执行完毕后，JVM 便开始销毁创建的 Class 对象
- 最后负责运行的 JVM 也退出内存
3.垃圾回收
3.1 如何判断对象可以回收
3.1.1 引用计数法
3.1.2 可达性分析算法（Java虚拟机使用）
- Java虚拟机中的垃圾回收器采用可达性分析来探索所有存活的对象
- 扫描堆中的对象，看是否能够沿着GC Root对象 为起点的引用链找到该对象，找不到，表示可以回收
- 哪些对象可以作为GC Root对象？虚拟机栈(栈帧的本地变量表)中引用的对象、方法区中类静态属性引用的对象、本地方法栈中JNI (Java Native Interface)引用的对象、活跃线程的引用等。
3.2 四种引用
- 强引用: 只要有 GC Roots 能找到，就不会被回收
- 软引用: 需要配合SoftReference来释放软引用自身，当垃圾多次回收，内存依然不够的时候会回收软引用对象
- 弱引用: 需要配合WeakReference来释放弱引用自身，只要进行了垃圾回收，就会把弱引用对象回收
- 虚引用: 必须配合引用队列使用，被引用对象回收时，会将虚引用入队，由 Reference Handler 线程调用虚引用相关方法释放直接内存
3.3 垃圾回收算法
3.3.1 标记清除 Mark Sweep
- 优点：速度快
- 缺点：容易产生内存碎片
3.3.2 标记整理 Mark Compact
- 优点：不会产生内存碎片
- 缺点：内存拷贝移动，效率低
3.3.3 复制 Copy
标记
复制到To区
删除后交换From和To区
- 优点：不会产生内存碎片
- 缺点：双倍内存空间。
3.4 分代垃圾回收
- 对象首先分配在伊甸园区域
- 新生代空间不足时，触发Minor GC，伊甸园和from存货的对象使用copy复制到to中，存货的对象年龄加1，并且交换from to
- minor gc 会引发stop the world，暂停其他用户的线程，等垃圾回收结束后（时间很短），用户线程才恢复运行
- 当对象寿命超过阈值时，会晋升至老年代，最大寿命是15（4bit）
- 如果新生代老年代空间都不足，首先触发minor gc，如果仍旧空间不足，那么触发Full GC，（STW的时间更长）。
3.5 垃圾回收器
3.5.1 串行
- 单线程
- 堆内存较小，适合个人电脑
3.5.2 吞吐量优先
- 多线程
- 堆内存较大，多核cpu
- 让单位时间内，SWT的时间最短（ 一小时触发两次：0.2+0.2=0.4）
- -XX:+UseAdpativeSizePolicy 采用自适应大小调整策略，新生代中比例、晋升阈值、整个堆；
- -XX:GCTimeRatio=ratio 默认值19
- -XX:MaxGCPauseMillis=ms 默认值200ms
- -XX:ParallelGCThreads=n 线程数
3.5.3 响应时间优先
- 多线程
- 堆内存较大，多核cpu
- 尽可能让单次的STW时间变短（一小时触发5次，但单次时间短 0.1+0.1+0.1+0.1+0.1=0.5）
3.5.4 G1（JDK9之后的默认垃圾回收器）
- 同时注重吞吐量和低延迟
- 超大堆内存，会将堆划分为多个大小相等的Region，每个区域都可以充当伊甸园、幸存区、老年代。
- 整体上是标记+整理算法，两个区域之间是复制算法
- 分为三个阶段：新生代回收、并发标记、混合收集；三阶段循环
阶段一：
阶段二：
阶段三：
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