JVM相关学习

一、了解JVM

JVM就是Java虚拟机。
好处：

一次编写，到处运行；
自动内存管理，垃圾回收功能；
数组下标越界越界检查；
多态。

二、学习JVM

1.程序计数器（寄存器）：

作用：记住下一条jvm指令的执行地址；
特点：

（1）线程私有；

（2）不会存在内存溢出（唯一一个不会内存溢出的区域）；

2.栈和栈帧：

栈：线程运行时需要的内存空间；
栈帧：每个方法运行时需要的内存（包括参数，局部变量，返回地址等）；
一个栈由多个栈帧组成，对应着每次方法调用时所占用的内存，遵循先进后出的方法；
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。
注意：

（1）垃圾回收不涉及栈内存，涉及堆内存；

（2）栈内存的分配并不是越大越好；

（3）方法内的局部变量是否线程安全?

a.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；

b.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栈内存溢出：

栈帧过多导致栈内存溢出（例如方法的递归调用，没有设置正确的终止条件）；
栈帧多大导致栈内存溢出；

2.3线程运行诊断：

CPU占用过高：

定位：用top定位哪个进程对CPU占用过高；
ps H -eo pid, tid, &cup | grep 进程id（用ps命令进一步定位是哪个线程引起的cpu占用过高）；
jstack 进程id，可以根据线程id找到有问题的线程，进一步定位到问题代码的源码行号；

程序运行很长时间没有结果：

可能原因是线程死锁，可以用jstack 进程id定位到出问题的线程行数和原因，进行修改。

3.本地方法栈：

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4.堆：

通过new关键字，创建对象都会使用堆内存；
特点：

它是线程共享的，堆中对象都需要考虑线程安全的问题；
它有垃圾回收机制；

4.1 堆内存溢出：

java.lang.OutOfMemoryError:Java heap space
在判断是否存在堆内存溢出的问题的时候，可以将堆内存相对设置的小一点。

4.2 堆内存诊断：

5.方法区：

定义：
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5.2：方法区内存溢出：

1.8之前会导致永久代内存溢出：java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space;
1.8之后会导致元空间内存溢出：java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace;

6.运行时常量池：

二进制字节码：类的基本信息，常量池，类方法定义（包含虚拟机指令）；
常量池：就是一张常量表，虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量（字符串，基本的整数，布尔类型）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，并把里面的符号地址变为真实地址；

6.2 StringTable（串池）：

public class StringTable {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "a";
        String s2 = "b";
        String s3 = "a" + "b";//ab
        String s4 = s1 + s2;//new String("ab")
        String s5 = "ab";
        String s6 = s4.intern();

//问
        System.out.println(s3 == s4);//false
        System.out.println(s3 == s5);//true
        System.out.println(s3 == s6);//true

        String x2 = new String("c") + new String("d");//new String("cd")
        String x1 = "cd";//"cd"
        x2.intern();

//问，如果调换了 x1，x2的位置呢？如果是jdk1.6呢？
        System.out.println(x1 == x2);//false

    }
}

特性：

常量池中的字符串仅是符号，第一次用到时才会变为对象；
利用串池的机制，来避免重复创建字符串对象。创建对象时是延迟（懒惰）模式；
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。

a.1.8 将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则不放入，如果没有则放入，并且会把串池中的对象返回；

b.1.6 将这个字符串对象尝试放入串池，如果有则不放入，如果没有会把此对象复制一份，放入串池，并且会把串池中的对象返回；

StringTable位置：

1.6在永久代中，1.8在堆内存中；

StringTable垃圾回收：

在内存紧张时才会触发垃圾回收；

StringTable性能调优：

底层是用hash表存储数据，所以分配的内存越大，桶越多，存储的数值越分散，链表短，查找和加入数据效率更高。
考虑将字符串对象是否入池：如果所提供的字符串中存在大量的重复字符串对象，可以考虑将这些重复的字符串对象使用intern()方法入池，以此来节省内存的占用

直接内存（不属于JVM内存，属于系统内存）：

定义：

a.常见于NIO操作，用于数据缓冲区；

b.分配回收成本较高，但读写性能高；

c.不受JVM内存回收管理（调用一个非常底层的unsafe类的freeMemory()来进行内存释放）；

2.分配和回收原理：

a.使用了Unsafe对象完成直接内存的分配回收，并且回收需要主动调用freeMemory方法；

b.ByteBuffer的实现类内部，使用了Cleaner（虚引用）来监测ByteBuffer对象，一旦

ByteBuffer对象被垃圾回收，那么就会由ReferenceHandler线程通过Cleaner的clean方法调

用freeMemory来释放直接内存；

7.垃圾回收

如何判断对象可以回收：

引用计数法（java未采用）：存在两个对象相互引用，但并没有第三个对象引用这两个对象的情况。
可达性分析算法：

a.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；

b.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，找到，保留；

找不到，表示可以回收；

c.哪些对象可以作为GC Root？可以用Memory Analyzer（MAT）工具进行可视化查看。

3.五种引用：

//实现表示强引用

a.强引用: 通常我们使用 new 操作符创建一个对象时所返回的引用即为强引用，只有所有GC Root对象都不通过强引用引用该对象，该对象才能被垃圾回收。

b.软引用: 若一个对象只能通过软引用到达，且没有GC Root指向，那么这个对象在内存不足时会被回收，可用于图片缓存中，内存不足时系统会自动回收不再使用的Bitmap

c.弱引用: 若一个对象只能通过弱引用到达，且没有GC Root指向，那么它就会被回收（即使内存充足)，同样可用于图片缓存中，这时候只要 Bitmap 不再使用就会被回

//软弱引用在没有引用对象的时候，可以配合被放入引用队列中，从而释放掉引用所占用的内存空间

d.虚引用：必须配合引用队列使用，主要配合ByteBuffer使用，例如，在其本身所指向的ByteBuffer被回收之后，直接内存并不会被回收，这时需要把虚引用的直接内存地址放入引用队列中，从而调用Unsafe.freeMemory()方法回收掉直接内存的空间。而且虚引用比弱引用还弱的一点是，即使没有垃圾回收，也无法访问虚引用对象。虚引用必须配合引用队列一起使用。

e.终结器引用：终结器引用和虚引用的方式很类似，它用以实现对象的finalize（）方法。当一个对象重写了finalize方法，在第一次GC时，对应终结器引用进入引用队列队。由一个优先级很低的Finalizer线程通过终结器引用找到被引用对象并调用它的finalize（）方法，第二次GC时才能回收被引用对象。
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