引言：JVM常见面试题：

1、请谈谈你对JVM的理解？java8的虚拟机有什么更新？
2、什么是OOM？什么是StackOverflowError？有哪些方法分析？
3、JVM的常用调优参数你知道哪些？
4、谈谈JVM中，对类加载器你的认识？
5、JVM内存模型以及分区，需要详细到每个区放什么
6、堆里面的分区：Eden、survival from to、老年代各自的特点
7、GC的三种收集算法：标记清除、标记整理、复制算法的原理与特点，分别用在什么地方
8、Minor GC与Full GC分别在什么时候发生

JVM体系结构概览

一、类装载器（ClassLoader）：

负责加载class文件，class文件在文件开头有特定的文件标识，将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些内容转换成方法区中的运行时数据结构并且ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定

类装载器

启动类加载器加载的是java程序最底层的一下jar包，放在rt.jar，java的版本在不断的更迭，新的jar包由扩展类加载器进行加载。应用程序类加载器则是加载我们在程序中自己写的类。

几种类加载器

双亲委派机制

public class Obb {
    public static void main(String[] args) {
        Object o = new Object();
        System.out.println("o:" + o.getClass().getClassLoader());
        Obb ob = new Obb();
        System.out.println("ob:" + ob.getClass().getClassLoader());
    }
}

如上所示一段代码，Object是jdk自带的，所以它的类加载器应该是根加载器，而ob是我自己定义的，他的加载器理所当然的应该是应用程序类加载器，根加载器返回的是null。

示例

二、本地方法栈和本地方法接口

本地方法栈和本地方法接口

线程start方法的底层实际上是native接口

三、程序计数器

程序计数器

四、方法区（Method Area）：

供各线程共享时的内存区域。它存储了每一个类的结构信息，例如运行时常量池、字段和方法数据、构造函数和普通方法的字节码内容。上面讲的时规范，在不同虚拟机里头实现时不一样的，最典型的就是永久代（java8以前）和元空间（java8以后）。
实例变量时存放在堆内存的，和方法区无关。

五、栈（Stack）：

栈也叫栈内存，主管java程序的运行，是在线程创建时创建，它的生命周期是跟随线程的生命周期，线程结束栈内存也就释放，对于栈来说不存在垃圾回收问题，只要线程一结束，该栈就Over，生命周期和线程一致，是线程私有的。8种基本类型的变量+对象的引用变量+实例方法都是在函数的栈内存种分配。

栈管运行，堆管存储。

栈存储什么？

栈帧种主要保存三类数据：
本地变量：输入参数和输出参数以及方法内的变量；
栈操作：记录出栈，入栈的操作；
栈帧数据：包括类文件、方法等等。

栈运行原理

栈运行示例图


/**
 * 如下所示，main方法作为程序的入口，首先被作为栈帧压入栈的底部，
 * 然后main方法又调用了sayHello方法，将此方法栈帧压入栈中，
 * 而sayHello方法又不停的自己调用，每次调用方法都会形成一个栈帧压入栈，
 * 而栈的大小是有限的，所以最后会导致栈溢出  StackOverflowError
 *注意StackOverflowError是错误而不是异常
 */
public class StackDemo1 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("1");
        sayHello();
        System.out.println("3");
    }

    public static void sayHello() {
        System.out.println("hello");
        sayHello();
    }
}

栈、堆、方法区的关系

在栈中存着对象的引用，指向堆中，在栈中每一个引用存储着的是对象的地址，都会在堆中对应着一个类元数据地址，而堆中的类元数据地址会指向方法区，因为方法区存储着这个对象的结构数据，也就是一个对象的模板。

六、堆（Heap）：

一个JVM实例只存在一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的，类加载器读取了类文件后，需要把类、方法、常变量放到堆内存中，保存所有引用类型的真实信息，以方便执行器执行。堆内存分为三部分：

堆内存的逻辑分区

PS：
幸存者0区又称为S0区/From区
幸存者1区又称为S1区/To区

逻辑内存上看

java堆从GC的角度上还可以细分为：新生代（Eden区、From Survivor区和To Survivor区）和老年代。

物理内存占比

MinorGC的过程

永久带也就是java8的元空间

元空间是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身所携带的Class，Interface的元数据，也就是说它存储的是运行环境必须的类信息，被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，关闭JVM才会释放此区域所占用的内存。

七、JVM的参数调节

java7的JVM

java8的JVM

如上图所见，java7和java8对于jvm参数的调整，实际上相差不大，
-Xms表示堆内存的起始值，默认是物理内存的1/64
-Xmx表示堆内存的最大值，默认是物理内存的1/4
-Xmn表示堆中young区设置的值

默认空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制；
空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到 -Xms的最小限制。
因此服务器一般设置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC 后调整堆的大小。对象的堆内存由称为垃圾回收器的自动内存管理系统回收。

（java8以前的永久代）
-XX:PermSize设置非堆内存初始值，默认是物理内存的1/64；
XX:MaxPermSize设置最大非堆内存的大小，默认是物理内存的1/4。

在java8以后，永久代已经被移除，被元空间所代替，元空间本质上和永久代类似。区别在于永久代使用的是JVM的堆内存，但是java8以后元空间并不在虚拟机中而是使用本机物理内存。因此，默认情况下，元空间的大小受本地内存限制。类的元数据放入native memory，字符串池和类的静态变量放入java堆中，这样可以加载多少类的元数据就不再由maxPerSize控制，而是由系统的实际可用空间来控制。

堆调优简介

public class jvmSwitch {
    public static void main(String[] args) {
        //返回JVM试图使用的最大内存量，默认的是系统内存的1/4左右  3616MB/16G
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();
        //返回JVM的内存总量
        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();
        System.out.println("MAX_MEMORY=" + maxMemory + "（字节）" + 
                (maxMemory / 1024 / 1024) + "MB");
        System.out.println("TOTAL_MEMORY=" + totalMemory + "（字节）" + 
                (totalMemory / 1024 / 1024) + "MB");
    }
}

IDEA调节JVM参数

GC收集的详细信息

先把最大内存改成了10MB

OutOfMemoryError

OOM

读取MinorGC日志

八：GC算法

分代收集算法！！！

1、GC是分代收集算法：次数上频繁收集的是Young区、次数上较少收集的是old区，基本不动的是元空间。

总体概述

JVM在进行GC时，并非每次都对三个内存一起回收的，大部分时候回收的都是新生代，因此GC按照回收的区域又分了两种类型，一种是普通GC（minor GC），一种时全局GC（major GC or Full GC）

Minor GC和Full GC的区别：
minorGC：只针对新生代区域的GC，指发生在新生代的垃圾收集动作，因为大多数Java对象存活率都不高，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。
majorGC：指发生在老年带的垃圾收集动作，出现了Major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC（但是不是绝对的），Major GC的速度一般要比Minor GC慢上10倍以上（因为老年代比新生代大啊！）。

四大算法：引用计数法、复制算法、标记清除法、标记压缩法

2、引用计数法

引用计数法

引用计数法如上所示，在程序中有一个引用，就+1，但是可能会出现A引用B，B引用A的情况，这样的话循环引用较难处理。

2、复制算法

年轻代中的GC，主要靠的是复制算法，年轻代中分为一个Eden和两个Survivor,默认比例是8：1：1。一般情况下新创建的对象会被分配到Eden区（一些大的对象特殊处理）。因为年轻代中的对象基本上都是朝生夕死，所以年轻代的垃圾回收算法使用的是复制算法，复制算法的思想就是将内存分为两块，每次用其中一块，当这一块内存用完，就将还活着的对象复制到另一块上面，复制算法不会产生内存碎片。

原理

在GC开始的时候，对象只会存在于Eden区和名为"From"的Survivor区，Survivor区"To"是空的。紧接着进行GC，Eden区中所有存活的对象都会被复制到"To"，而在“From”区中，仍会存活的对象就会根据他们的年龄值来决定去向。年龄达到一定值（年龄阈值，可以通过-XX:MaxTenuringThreshold来设置）的对象会被移动到老年代，没有达到阈值的对象会被复制到"To"区域。经过这次"From"，新的"From"就是上次GC前的"To"，不管怎样，都会保证名为To的Survivor区域是空的。Minor GC会一直重复这样的过程，直到“To”区域被填满，"To"区被填满之后，会将所有对象移动到老年代中。

缺点：
1、浪费了一半的内存
2、如果对象存活率高，可以极端一点，假设是100%存活，那么我们需要将所有的对象都复制一遍，并将所有引用地址重置一遍，复制这一工作所花费的时间，在对象存活率达到一定程度时，将会变得不可忽视。所以要使用复制算法，存活率必须非常低才行，更重要的是，要克服50%内存的浪费。

3、标记清除算法

image.png

1、优缺点
优点：不需要额外的空间
缺点：两次扫描，耗时严重；会产生内存碎片。

当程序运行时，若可以使用的内存被耗尽的时候，GC线程就会被触发并将程序暂停，随后将要回收的对象标记一遍，最终统一回收这些对象，完成标记清理工作接下来便让应用程序恢复运行。

缺点解释：首先，他的缺点就是效率比较低（递归与全堆对象遍历），而且在进行GC的时候，需要停止应用程序，这会导致用户体验非常差劲。其次，主要缺点则是这种方式清理出来的空间内存事不连续的，因为死亡对象都是随机出现在内存的各个角落的，现在把它们清除之后，内存的布局就会乱七八糟。为了应对这一点，JVM必须维持一个内存的空间列表，这又是一种开销，而且在分配数组对象的时候，寻找连续的内存空间会不太好找。

4、标记整理法/标记压缩法(全称：标记-清除-整理算法)

老年代一般是由标记清除或者是标记清除+标记整理

原理

优缺点：
优点：没有内存碎片
缺点：需要移动对象的成本（耗时长）

效率不高，不仅要标记所有存活对象，还要整理所有存活对象的引用地址，从效率上来讲，标记/整理算法要低于复制算法。

5、总结：
内存效率：复制算法>标记清除算法>标记整理算法（此处的效率只是简单的对比时间复杂度，实际情况不一定如此）
内存整齐度：复制算法=标记整理算法>标记清除算法。
内存利用率：标记整理算法=标记清除算法>复制算法

可以看出效率上来讲，复制算法是最快的，但是浪费了太多的内存，而为了尽量兼顾上面所提到的三个指标，标记/整理算法相对来说更平滑一些，但效率上依然不尽如人意，它比复制算法多了一个标记的阶段，又比标记/清除多了一个整理内存的过程

没有最优的算法，只有最合适的算法。======>>>>分代收集算法

年轻代
年轻代的特点是区域相对老年代较小，对象存活率低。这种情况用复制算法回收整理，速度是最快的。
老年代
这种情况存在大量存活率高的对象，复制算法变得不合适，一般是由标记清除与标记整理的混合实现。

JVM基础知识