JVM

一、垃圾回收算法

JVM中的垃圾回收算法可以分为两种类型：基于引用计数的垃圾回收算法和基于可达性分析的垃圾回收算法。目前主流的JVM垃圾回收算法都是基于可达性分析的。

引用计数算法
引用计数算法是一种简单的垃圾回收算法，它的原理是通过计数来判断对象是否为垃圾对象。每个对象都有一个引用计数器，当有一个指针指向该对象时，引用计数器就会加1，当指针失效时，引用计数器就会减1。当引用计数器的值为0时，就可以判定该对象为垃圾对象。然而，这种算法有一个明显的问题，就是无法解决循环引用的问题，即两个对象互相引用的情况。

可达性分析算法
可达性分析算法是现代JVM垃圾回收算法的主流算法，它的基本思路是通过一系列称为“GC Roots”的根对象作为起点，从这些对象开始遍历整个对象图，能够到达的对象就是存活对象，不能到达的对象就是垃圾对象。根对象包括虚拟机栈中的引用对象、方法区中类静态属性引用的对象和常量引用的对象等。

可达性分析算法具有以下特点：

它可以有效地解决循环引用的问题。
它可以通过多种不同的算法实现，例如标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法和分代算法等。
它需要暂停应用程序的执行，以便进行垃圾回收，因此可能会对程序的性能产生一定的影响。

常见的垃圾回收算法包括：

标记-清除算法：该算法分为标记和清除两个阶段，首先标记出所有存活对象，然后清除所有未标记的对象。这种算法比较简单，但是有个很严重的问题，会产生大量的内存碎片。
复制算法：为了解决标记清除算法的内存碎片问题。该算法将内存分为两个区域，每次只使用其中一个区域，当一个区域满了之后，将其中所有存活对象复制到另一个区域，然后清空原来的区域。他的问题就在于浪费空间。而且，他的效率跟存活对象的个数有关。
标记压缩算法:为了解决复制算法的缺陷，就提出了标记压缩算法。这种算法在标记阶段跟标记清除算法是一样的，但是在完成标记之后，不是直接清理垃圾内存，而是将存活对象往一端移动，然后将边界以外的所有内存直接清除。
标记-整理算法：标记-整理算法也是为了解决内存碎片问题。与标记-压缩算法不同的是，标记-整理算法在标记阶段后，会将所有存活对象移动到一端，然后直接清理边界以外的所有内存。移动对象的操作会产生内存的空洞，但是清理完毕之后，会将所有存活对象压缩到一起，使内存空间得到了整理。该算法将存活对象压缩到内存的一端，然后清除另一端的所有未被占用的内存空间。
分代算法：分代收集算法的核心思想是将堆内存分为不同的代，一般将新生代划分为 Eden 区、Survivor 区，老年代就是指存活时间较长的对象。新生代的对象由于生命周期短，所以采用复制算法，老年代的对象则采用标记-整理或者标记-清除算法。

二、什么是STW

STW指的是Stop-The-World，即全局停顿。在Java应用程序运行的过程中，JVM需要对内存进行垃圾回收、线程栈整理、内存整理等操作，这些操作都需要暂停Java应用程序的执行，这就是STW。在STW期间，JVM会暂停所有线程的执行，包括用户线程和垃圾回收线程，直到垃圾回收等操作完成后才会继续执行。（只有在进行 **Full GC（全局垃圾回收）**时，JVM 才会暂停所有线程的执行，包括用户线程和垃圾回收线程，直到垃圾回收等操作完成后才会继续执行。这种情况下的停顿时间会比较长，可能会影响应用程序的性能和响应时间。而对于局部垃圾回收（如 Minor GC），JVM 只会暂停用户线程的执行，等待垃圾回收线程完成操作后再继续执行用户线程。这种情况下的停顿时间相对较短，不会对应用程序的性能和响应时间产生明显的影响。）

STW是为了保证垃圾回收的正确性而采取的一种措施。在垃圾回收期间，如果不停顿Java应用程序的执行，那么就有可能会产生一些问题，比如对象的引用关系会发生变化，而正在执行的线程可能会访问到不一致的对象状态，导致应用程序出现不可预知的错误。因此，在进行垃圾回收等操作时，必须要停顿Java应用程序的执行，以保证数据的一致性。

STW时间的长短和频率对Java应用程序的性能影响很大，因此，JVM一直在不断优化垃圾回收算法和机制，以减少STW的时间和频率。

三、JVM参数

JVM参数分为标准参数和非标准参数两类。标准参数是指在所有JVM实现中都必须支持的参数，非标准参数是指在某些JVM实现中才会支持的参数。

标准参数包括：
-classpath或-cp：指定类路径，多个路径之间用冒号或分号分隔（Linux或Windows环境下分别使用不同的分隔符）。
-version：输出当前JVM的版本信息。
-help：输出JVM的命令行帮助信息。
-Xms：指定JVM堆的初始大小。
-Xmx：指定JVM堆的最大大小。
-Xss：指定每个线程的栈空间大小。
-Xmn：指定新生代的大小。
-XX:+UseParallelGC：指定使用并行垃圾回收器。
-XX:+UseConcMarkSweepGC：指定使用CMS垃圾回收器。
-XX:+UseG1GC：指定使用G1垃圾回收器。

非标准参数包括：
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：在内存溢出时自动生成堆转储快照。
-XX:MaxPermSize：指定永久代的最大大小（JDK 8及以上不支持）。
-XX:MaxMetaspaceSize：指定元空间的最大大小（JDK 8及以上使用）。
-XX:PrintGCDetails：打印GC详细信息。
-XX:SurvivorRatio：指定新生代中Eden区和Survivor区的比例。
-XX:PermSize：指定永久代的初始大小（JDK 8及以上不支持）。
-XX:MetaspaceSize：指定元空间的初始大小（JDK 8及以上使用）。

四、JVM内存模型

在这里插入图片描述
JVM内存模型指的是Java虚拟机运行时使用的内存模型，它将内存分为不同的区域，每个区域有不同的作用和生命周期。这些区域包括：

程序计数器(Program Counter Register)：线程私有，记录当前线程执行的字节码行号，用于支持线程切换和异常处理。

虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)：线程私有，每个方法在执行时会创建一个栈帧，用于保存方法的局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。栈帧随着方法的执行压入和弹出虚拟机栈，如果虚拟机栈的空间不足，会抛出StackOverflowError，如果虚拟机栈可以动态扩展但无法申请到足够的内存空间，会抛出OutOfMemoryError。

本地方法栈(Native Method Stack)：和虚拟机栈的作用相似，只不过是为本地方法服务的。

堆(Heap)：线程共享，用于存储Java对象实例。Java虚拟机启动时会分配一块固定大小的堆空间，可以通过设置-Xmx和-Xms来调整堆的大小。如果堆中没有足够的空间分配新的对象，会触发垃圾回收，如果垃圾回收后仍然无法获得足够的空间，会抛出OutOfMemoryError。

方法区(Method Area)：线程共享，用于存储已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。方法区也被称为永久代(Permanent Generation)，在JDK8及以后的版本中，被移除并被称为元空间(Metaspace)。

运行时常量池(Runtime Constant Pool)：方法区的一部分，用于存储编译时生成的各种字面量和符号引用。每个类或接口都有一个运行时常量池，用于支持类或接口的运行。

直接内存(Direct Memory)：JVM管理的堆外内存，通过DirectByteBuffer来进行操作，也被称为NIO堆外内存。由于堆外内存不受JVM内存限制的控制，因此可能导致系统内存的不足。