->java体系结构

1、java体系结构：由java语言，class文件，java api和虚拟机组成。

2、java运行机制：a.源码编译为.class文件(java会被编译器编译为class字节码文件)；b.jvm的类加载器装载calss文件；c.jvm找到main()入口，开始运行class（二进制字节码，JNI接口是java本地接口，装载class文件）；d.jvm开始垃圾回收。

3、类加载器：分为4种：启动类加载器（负责加载JDK中的核心类库）；扩展类加载器（负责加载Java的扩展类库）；系统类加载器（负责加载应用程序classpath目录下所有jar和class文件）；自定义加载器（加载自己定义的class）。

以上除了第一种加载器，其他加载器最终都依赖于第一种启动类加载器（也就是所说的双亲委派模式，将加载任务委派给他的双亲加载器）。

加载器具体工作步骤：

a、加载：寻找并导入Class文件的二进制信息，在堆中生成class对象

b、连接：进行验证、准备和解析（通过安全机制进行安全验证）

    1）验证：确保导入类型的正确性

    2）准备：为类型分配内存并初始化为默认值

    3）解析：将字符引用解析为直接引用

c、初始化：调用Java代码，初始化类变量为指定初始值，如果子类初始化，会先初始化其父类（jvm调用<clinit>方法初始化类变量和静态初始化方法）

4、java安全性：主要由类装载器结构（定义信任类库边界，保护域，双亲委派模式）、

class文件检验器（4次检验：class文件结构，类型数据的语意检查，字节码验证，符号引用的验证）、

基于内置的jvm及语言的安全特性（安全类型转换，没有指针，自动垃圾回收，数组界限，null引用）、

安全管理器（定义了“沙盒”的外部边界）和JAVA API（api执行活动会先经过安全管理器，找到再执行）组成。

4.1、jvm内存模型：jvm中堆可称为主存，每一个线程都有自己的工作内存，下图解释了线程间如何通信的：

->java虚拟机

5、java虚拟机：内部有两种线程：守护线程（jvm自己使用，处理gc等）；非守护线程（执行mian()的初始线程）。jvm的内部体系结构如下：

其中方法区（存运行时常量池、已被jvm加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据）

和堆（存创建的对象实例）是线程共享的（一个jvm实例有一个方法区和堆，需要gc回收，会有OutOfMemoryError异常）。

JAVA栈（栈帧：存的是局部变量、参数、返回值、对象引用等，会有StackOverflowError异常）、PC寄存器（存下一条执行的指令）

和本地方法栈（本地方法）是一个线程独享的（随线程结束而结束）。

6、数据类型：

7、class文件：一个calss文件都有一个常量池（保存所有的引用符号）

8、垃圾回收机制（gc）：释放不被引用的对象的堆空间和堆碎块（方法区中回收废弃常量和无用的类）。判断对象是否存活的算法有：

a.引用计数算法(堆的对象实例都有一个引用计数，被创建时为1，任何其它变量被赋值为这个对象的引用+1，引用计数=0时可被回收。优点：速度快；缺点：无法检测出循环引用)。

b.可达性分析算法（把GC Roots的对象作为起始点，开始向下搜索，当一个对象到GC Roots没有任何引用，则不存活。被第一次标记，再次刷选，对象是否有finalize()，如果finalize()中没复活，则被第二次标记，然后才会被回收。可作为GC Roots的对象包括下面几种：

  1) 虚拟机栈中引用的对象（栈帧中的本地变量表）；

  2) 方法区中类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JNI（Native方法）引用的对象。

）。

java中引用分为：强引用（类似Object obj = new Object()，强引用还在，就算存活）、软引用（如果系统要内存溢出，弱引用将会在第二次回收中被回收）、弱引用（下次回收前被回收，不管内存）、虚引用：

常用的垃圾收集算法：

a.标记-清除算法:从根集合（GC Roots）进行扫描，对存活的对象进行标记，标记完毕后，再扫描整个空间中未被标记的对象，进行回收(缺点:造成内存碎片)。

b.复制算法：把堆分为对象区和空闲区，当对象区满了，扫描活动对象，把它们copy到空闲区，两个区就倒了过来（由于copy对象到空闲，所以不会造成内存碎片）。

c.标记-整理算法:和标记-清除一样，回收后多了一步操作,会将所有的存活对象往左端空闲空间移动，并更新对应的指针(解决了内存碎片)。

d.分代收集算法:根据对象存活周期把内存分为新生代（生命周期短的，如局部变量等，在堆中）、老年代（周期长的，如缓存对象、单例对象等，在堆中）和永久代（静态文件，如Java类、方法等，在方法区中，jdk1.8以后，改为元数据区，使用本地内存了）。

新生代算法：内存按照8:1:1的比例分为一个eden区和两个survivor(survivor0,survivor1)区。大部分对象在eden，回收时，eden存活对象copy至survivor0，清空eden；当survivor0也满了，再把eden、survivor0存活对象copy至survivor1，清空eden、survivor0，再把survivor0和survivor1交换。

以上是新生代回收，也叫Minor GC。（频率较高）

老年代算法：当survivor1也满了，把存活对象copy至老年代，触发一次Full GC（新生代、老年代都回收）。其中内存比新生代也大很多(大概比例是1:2)。

永久代算法：回收废弃常量（可达性分析算法标记）、无用的类（该类所有的实例都已经被回收）。

收集器：

Serial收集器（复制算法)

新生代单线程收集器，标记和清理都是单线程，优点是简单高效。是client级别默认的GC方式，可以通过-XX:+UseSerialGC来强制指定。

Serial Old收集器(标记-整理算法)

老年代单线程收集器，Serial收集器的老年代版本。

ParNew收集器(停止-复制算法)

新生代收集器，可以认为是Serial收集器的多线程版本,在多核CPU环境下有着比Serial更好的表现。

Parallel Scavenge收集器(停止-复制算法)

并行收集器，追求高吞吐量，高效利用CPU。吞吐量一般为99%， 吞吐量= 用户线程时间/(用户线程时间+GC线程时间)。适合后台应用等对交互相应要求不高的场景。是server级别默认采用的GC方式，可用-XX:+UseParallelGC来强制指定，用-XX:ParallelGCThreads=4来指定线程数。

Parallel Old收集器(停止-复制算法)

Parallel Scavenge收集器的老年代版本，并行收集器，吞吐量优先。

CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器（标记-清理算法）

高并发、低停顿，追求最短GC回收停顿时间，cpu占用比较高，响应时间快，停顿时间短，多核cpu 追求高响应时间的选择。

G1收集器（jdk1.7以后支持，试图取代CMS）

G1适用于新生代和老年代，而CMS只适用于老年代。

9、监听器：支持互斥和协作两种线程。监听器模型如下：

可以使用如下方法让线程等待/唤醒：

10、jvm配置参数：分为三类，

a.跟踪参数（跟踪监控jvm状态）：-XX:+PrintGC或-verbose:gc参数（打印GC简要信息）；-XX:+PrintGCDetails参数（打印GC的详细信息以及堆使用详细信息）；-Xloggc:log/gc.log（外部文件记录GC的日志）；-XX:+TraceClassLoading（监控类的加载）。

b.堆分配参数（分配堆内存）：-Xmx（最大堆）；-Xms（最小堆）；Xmn（新生代大小）；-XX:PermSize（永久区初始值） -XX:MaxPermSize（永久区最大值）。

c.栈分配参数（分配栈内存）：-Xss（栈大小）。

（官方推荐新生代占堆的3/8，幸存代占新生代的1/10)

11、jvm性能监控工具：jps（JVM 进程状况工具）；jstat（JVM 统计信息监控工具）；jinfo（Java 配置信息）；jmap（Java 内存映射工具）；jhat（JVM 堆快照分析工具）；jstack（Java 堆栈跟踪工具）；（参考：https://www.sohu.com/a/199863043_827544）