JVM复习

冯诺依曼模型与计算机处理数据过程相关联：

• 冯诺依曼模型：        
  • 输入/输出设备
  • 存储器
  • 输出设备
  • 运算器
  • 控制器
• 处理过程：
  • 提取阶段：输入设备传入原始数据，存储到存储器
  • 解码阶段：由CPU的指令集架构ISA将数值解码成指令
  • 执行阶段：控制器把需要计算或处理的数据调入运算器
  • 最终阶段：由输出设备把运算结果返回

所以JVM是什么呢？

• 首先，将java文件编译成.class文件之后，JVM会对字节码文件进行解释，翻译成对应平台的机器指令开始执行。屏蔽了底层操作系统，实现跨平台运行。

.java文件是如何变成.class文件的？

• 

类文件解读：

• 16进制

• magic、版本号、常量池（62个字面量和符号引用）、字段表集合、方法表集合

• 符号引用就是类信息、修饰符，名称等等，不直接指向

类加载机制：

所谓的类加载机制就是将class文件加载进内存，并对数据进行校验，转换解析和初始化，形成JVM可以直接使用。

• 当字节码文件加载到内存的时候，是不是需要一个访问入口呀？
• 那如何将字节码文件加载进内存呢？
  • 常见的从本地系统加载
  • 动态代理技术，运算时计算而成
  • 从jar包中加载
• 类加载过程：
  • 装载：
    • 通过类全限定名获取类的二进制字符流！
    • 将字符流代表的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构
    • 在堆中生成java.lang.class对象，作为对方法区中这些数据的访问入口
  • 链接
    • 验证：格式验证、字节码验证、符号引用验证。-Xverify:none 取消验证。
    • 准备：为静态变量赋值，初始化成默认值。
      • 这里不包含final修饰的static，final修饰的static都在编译的时候就分配了
      • 不会为实例变量分配初始化，类变量在方法区中，实例变量随着对象在堆中（即在实例构造器方法中进行的）
    • 解析
      • 将符号引用转换成直接引用，直接指向目标的指针，或者间接定位到目标的句柄
      • 对解析结果进行缓存
  • 初始化
    • 执行类构造器方法的过程，对比于准备阶段，这里是通过指定主观计划去初始化变量和其他资源。
    • 对类变量设置初始值的两种方式：
      • 直接声明
      • static代码块
    • 步骤
      • 先装载和链接本类
      • 然后初始化父类
      • 初始化自己
    • 什么时候初始化：（主动引用）
      • 创建实例；
      • 对静态变量赋值；
      • 调用静态方法；
      • 调用子类父类也会初始化；
      • 标明启动类的类
    • （被动引用）
      • 定义类数组不会初始化
      • 使用父类的静态变量，不会初始化
      • static final不会初始化
  • 卸载：
    • 用完之后就卸载回收
      • 包括类加载器，class对象，实例
• 类加载器：
  • 就是读取字节码，转换成java.lang.class类的一个实例的代码模块
  • 一个类在同一个类加载器中具有唯一性，不同类加载器是允许同名类存在的，类加载器不同，就不会是同一个类。
  • 分类：
    • bootstrap classloader：负责java_home的所有class
    • extension classloader：负责一些扩展的包
    • app classloader：classpath中指定的包
    • custom classloader：根据程序自定义类加载器
  • 为什么要分层？
    • 如果自己编写了一个java.lang.String类，如果只有一个的话无法判定究竟要加载哪个。所以分层对信任级别进行划分
  • 三个特性：
    • 全盘负责：
      • 当一个类加载器加载某个class的时候，该class所依赖的和引用其他的class都由该类加载器负责载入。除非显式使用另一个类加载器
    • 父类委托（双亲委派）：
      • 首先传入类的全限定名
      • 从app层依次往上找是否加载过，然后又从上往下看谁能加载，最后还没有就抛异常。
      • 可以重写loadclass打破双亲委派
      • 打破：
        • SPI，JDK提供了一套接口，定义实现类，在META-INF/services中注册实现类的相关信息，比如JDBC的DriverManager
        • OSGI：热部署、热替换
        • 如果怕打破可以重写findclass方法
    • 缓存机制：
      • 加载过的class文件在内存中（方法区）缓存
      • 每一个类加载器都有自己的缓存

运行时数据区：

• 常量池：
  • 静态常量池：class文件的一部分，由字面量（文本、字符串以及final修饰的）和符号引用（描述信息）组成
  • 运行时常量池：静态常量池被加载到内存后就变成了运行时常量池了，class文件内容落地到内存了
  • 字符串常量池：现在在堆中
    • 面试常问的：

      • String a ="aaaa";

        解析：最多创建一个字符串对象。先查找有没有这个，没有就创建一个，返回引用。

      • `String  a  =new  String("aaaa");`

        解析：最多会创建两个对象。常量池没有的话，就在堆中创建一个字符串对象（放字符串常量池里），再在堆中创建一个对象（独立出去），返回后面的引用。有没有都要多创建一个。

      • intern()

        • String s1 = new String("yzt");
          String s2 = s1.intern();
          System.out.println(s1 == s2); //false

          返回的是字符串常量池里的
    • 
      • 方法区：
        • 线程共享
        • 堆的一个逻辑部分，但是也要和堆区分出来
        • 存放虚拟机加载的类信息，常量、静态变量、JIT代码等等
        • 当方法区无法满足内存分配的需求时，将抛出OOM异常
        • 1.8后在系统内存（元空间）中，为了避免内存泄露和OOM
      • 堆：
        • 虚拟机管理内存中最大的一块，在虚拟机启动的时候被创建，线程共享
        • 实例和数组都在堆上分配，注意java.class.class这个对象就是方法区中数据的访问入口
      • 虚拟机栈：
        • 假设现在已经初始化完成了要使用了，一个线程的运行状态就由虚拟机栈来保存，线程私有，随着线程的创建而创建。
        • 线程执行的每一个方法，就是栈中的一个栈桢，可以看作是一个方法的运行空间。
          • 
      • 程序计数器：
        • 线程切换的时候，记录正在执行的字节码指令的地址
      • 本地方法栈：
        • 如果执行Native就在本地方法栈执行
        • 如果在java方法执行的时候调用native方法，就是动态链接。

内存布局：

• 对象内存布局：
  • 
• 指针压缩：
  • 在64位的操作系统中，一个指针一般是八个字节，在很多情况下，并不需要使用这么多的地址空间。压缩的主要是classpointer
  • 减少内存消耗，压缩成4字节。对于大型应用，节省空间。
  • 更好的缓存应用：能存放更多的对象
  • 提高访问速度：较小的数据结构代表着读写能够更快的完成
  • 减少垃圾回收开销：扫描和标记耗时变小
  • 无效情况：
    • 32位超过32G
    • 怎么去理解？
      • 第一种理解：对象长度一定是8的整数倍，所以只用存第一个，4G*8=32G
      • 第二种理解：当存入64位寄存器的时候，左移三位，末尾三个0是不需要的，索引寻址空间提高了8倍；
• java采用的大端存储，便于符号判断，小端便于类型转换
• classpointer设计：
  • 句柄池访问：对象移动的时候只需要修改一个指针，但是多一次定位的时间开销
  • 直接指针：节省了一次定位开下，在对象移动后，还需要修改引用
    • 
• 对齐填充：
  • 8字节，举个例子，如果针对开区域存储，那么就需要读两次内存，现在读一次就可以了。也可以选择策略
    • 0：基本类型>填充类型>引用类型
    • 1：引用类型>基本类型>填充类型
    • 2：父类的引用类型和子类的引用类型放在一起，父类采用0，子类采用1，从而降低空间的开销。

运行时数据区：

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• 根据GC的悲观策略，98%的对象不能达到分代年龄
• 内存担保机制：假设在young gc后，新生代仍然有大量的对象存活，就需要老年代进行分配担保。

什么时候Full GC？

• 每次晋升的对象平均大小>剩余空间，基于历史水平计算 

• 上面内存担保机制

• 元空间内存不足

• System.GC

• 如何理解Minor/Major/Full GC

Minor GC:新生代
Major GC:老年代
Full GC:新生代+老年代

• 为什么需要Survivor区?只有Eden不行吗？

如果没有survivor区域，那么就会导致，每进行一次minor gc，存活的对象就要进入老年代，这样老年代就会很快填满，容易发生full gc，老年代空间又比较大。

如果没有Survivor,Eden区每进行一次Minor GC,存活的对象就会被送到老年代。
这样一来，老年代很快被填满,触发Major GC(因为Major GC一般伴随着Minor GC,也可以看做触发了Full GC)。
老年代的内存空间远大于新生代,进行一次Full GC消耗的时间比Minor GC长得多。
执行时间长有什么坏处?频发的Full GC消耗的时间很长,会影响大型程序的执行和响应速度。
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可能你会说，那就对老年代的空间进行增加或者较少咯。
假如增加老年代空间，更多存活对象才能填满老年代。虽然降低Full GC频率，但是随着老年代空间加大,一旦发生Full GC,执行所需要的时间更长。
假如减少老年代空间，虽然Full GC所需时间减少，但是老年代很快被存活对象填满,Full GC频率增加。
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所以Survivor的存在意义,就是减少被送到老年代的对象,进而减少Full GC的发生,Survivor的预筛选保证,只有经历16次Minor GC还能在新生代中存活的对象,才会被送到老年代。

• 为什么需要两个Survivor区？

最大的好处就是解决了碎片化。也就是说为什么一个Survivor区不行?第一部分中,我们知道了必须设置Survivor区。假设现在只有一个Survivor区,我们来模拟一下流程:
刚刚新建的对象在Eden中,一旦Eden满了,触发一次Minor GC,Eden中的存活对象就会被移动到Survivor区。这样继续循环下去,下一次Eden满了的时候,问题来了,此时进行Minor GC,Eden和Survivor各有一些存活对象,如果此时把Eden区的存活对象硬放到Survivor区,很明显这两部分对象所占有的内存是不连续的,也就导致了内存碎片化。
永远有一个Survivor space是空的,另一个非空的Survivor space无碎片。

• 新生代中Eden:S1:S2为什么是8:1:1？

新生代中的可用内存：复制算法用来担保的内存为9:1
可用内存中Eden：S1区为8:1
即新生代中Eden:S1:S2 = 8:1:1
现代的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，IBM公司的专门研究表明，新生代中的对象大概98%是“朝生夕死”的

• 堆内存中都是线程共享的区域吗？

JVM默认为每个线程在Eden上开辟一个buffer区域，用来加速对象的分配，称之为TLAB，全称:Thread Local Allocation Buffer。
对象优先会在TLAB上分配，但是TLAB空间通常会比较小，如果对象比较大，那么还是在共享区域分配。