入門

什么是JVM

JVM：Java Virtual Machine，Java虛擬機。
JVM是JRE(Java Runtime Environment)的一部分，安裝了JRE就相當于安裝了JVM，就可以運行Java程序了。JVM的作用：加載并執行Java字節碼（.class）文件。

常見的JVM

Java虛擬機要實現Java虛擬機規范，它定義了Java虛擬機的結構、指令集、類文件格式、類加載器、字節碼執行引擎等方面的內容。

JVM結構

執行引擎Execution Engine

JVM執行引擎通常由兩個主要組成部分構成：解釋器和即時編譯器（Just-In-Time Compiler，JIT Compiler）。

解釋器：當Java字節碼被加載到內存中時，解釋器逐條解析并直接執行字節碼指令。
即時編譯器（JIT Compiler）：即時編譯器將字節碼動態地編譯為本地機器碼，之后再執行。即時編譯器根據運行時的性能數據和優化技術，對經常執行的熱點代碼進行優化，從而提高程序的性能。即時編譯器可以將經過優化的代碼緩存起來，以便下次再次執行時直接使用。

本地方法接口Native Interface

本地接口的作用是融合不同的編程語言為 Java 所用。當Java代碼調用本地方法（被native所修飾的方法）時，JVM會將控制權轉移到本地方法實現所在的本地庫。本地庫是一個包含本地方法實現的動態鏈接庫（DLL - windows函數庫）或共享對象文件（SO - Linux函數庫）。它是使用其他編程語言編寫的，通常是為了與底層操作系統或硬件進行交互。本地庫可以通過JNI加載到JVM中，并提供給Java代碼調用。
例如Thread類中有一些標記為native的方法 操作底層操作系統線程

本地方法棧Native Method Stack

本地方法棧（Native Method Stack）：本地方法棧存儲了從Java代碼中調用本地方法時所需的信息。是線程私有的。
本地方法棧是JVM專門為調用非Java語言方法而設計的，它與操作系統和硬件交互，通過JNI為Java程序提供更強大的功能。每個線程都有自己的本地方法棧，保證本地方法的調用是獨立且線程安全的。

PC寄存器(程序計數器PC Register)

PC寄存器（程序計數器，Program Counter Register）是JVM中線程私有的一塊小內存區域。用于記錄當前線程正在執行的字節碼指令的地址或行號。它類似于一個指針，指向線程正在執行的字節碼指令的下一條指令。

類加載器ClassLoader

類加載器（ClassLoader）是JVM的一個關鍵組件，用于動態加載、鏈接和初始化Java類。它的主要職責是在程序運行時將類的字節碼加載到JVM中，以便JVM可以執行這些類。類加載器是一個負責加載類的對象，用于實現類加載過程中的加載這一步。每個 Java 類都有一個引用指向加載它的 ClassLoader。數組類不是通過 ClassLoader 創建的（數組類沒有對應的二進制字節流），是由 JVM 直接生成的。
如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把請求委托給父加載器去完成，即雙親委派模型

虛擬機棧stack

棧也叫棧內存，主管Java程序的運行，是在線程創建時創建，每個線程都有自己的棧，它的生命周期是跟隨線程的生命周期，線程結束棧內存也就釋放，是線程私有的。線程上正在執行的每個方法都各自對應一個棧幀（Stack Frame）。
JVM對Java棧的操作只有兩個，就是對棧幀的壓棧和出棧，遵循“先進后出”或者“后進先出”原則。
一個線程中只能由一個正在執行的方法（當前方法），因此對應只會有一個活動的當前棧幀。

棧溢出(StackOverflowError)：通常在遞歸調用

棧幀

棧幀是一個內存區塊，是一個數據集，包含方法執行過程中的各種數據信息。

局部變量表（Local Variables）

也叫本地變量表。存儲方法參數和方法體內的局部變量：8種基本類型變量、對象引用（reference）。

操作數棧（Operand Stack）

作用：也是一個棧，在方法執行過程中根據字節碼指令記錄當前操作的數據，將它們入棧或出棧。用于保存計算過程的中間結果，同時作為計算過程中變量的臨時存儲空間。

public class OperandStackDemo {public static void main(String[] args) {int i = 15;int j = 8;int k = i + j;}
}

動態鏈接（Dynamic Linking）

作用：可以知道當前幀執行的是哪個方法。指向運行時常量池中方法的符號引用。程序真正執行時，類加載到內存中后，符號引用會換成直接引用。

方法返回地址（Return Address）

可以知道調用完當前方法后，上一層方法接著做什么，即“return”到什么位置去。存儲當前方法調用完畢后下一條指令的地址

完整一個線程內存結構
java -Xss 可以設置棧大小

方法區Method Area

被所有線程共享，它用于存儲已被虛擬機加載的類型信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯后的代碼緩存等

堆heap

堆是線程共享的

堆、棧、方法區的關系

HotSpot是使用指針的方式來訪問對象：

• 堆內存用于存放對象和數組
• 堆中會存放指向對象類型數據的地址
• 棧中會存放指向堆中的對象的地址

堆空間

一個Java程序運行起來對應一個進程，一個進程對應一個JVM實例，一個JVM實例中有一個運行時數據區。
在 Java 虛擬機（JVM）中，堆空間是管理 Java 對象的內存區域。堆空間的主要作用是動態分配和管理 Java 對象的內存，在JVM啟動的時候被創建，并且一個JVM實例只存在一個堆內存，堆內存的大小是可以調節的。

堆空間劃分

堆內存邏輯上分為三部分：

• Young Generation Space 新生代/年輕代 Young/New
• Tenured generation space 老年代/養老代 Old/Tenured
• Permanent Space/Meta Space 永久代/元空間 Permanent/Meta

新生代又劃分為：

• 伊甸園區（Eden space）
• 和幸存者區（Survivor space） 。
  幸存者區有兩個：
• S0區（Survivor 0 space）
• S1區（Survivor 1 space）

堆內存內部空間所占比例：

• 新生代與老年代的默認比例： 1:2
• 伊甸園區與幸存者區的默認比例是：8:1:1

配置堆大小
-Xms600m -Xmx600m -Xmn200m

• Xms表示堆的起始內存，等價于-XX:InitialHeapSize，默認是物理電腦內存的1/64。

• Xmx表示堆的最大內存，等價于-XX:MaxHeapSize，默認是物理電腦內存的1/4。
  通常會將-Xms和-Xmx配置相同的值，目的是為了在Java垃圾回收機制清理完堆區后，不需要重新分隔計算堆區的大小，從而提高性能。

JDK1.8及之后堆空間

堆空間工作流程

學不明白的了解即可

垃圾回收GC

在C/C++這類沒有自動垃圾回收機制的語言中，一個對象如果不再使用，需要手動釋放，Java中為了簡化對象的釋放，引入了自動的垃圾回收（Garbage Collection簡稱GC）機制。通過垃圾回收器來對不再使用的對象完成自動的回收，垃圾回收器主要負責對堆上的內存進行回收。其他很多現代語言比如C#、Python、Go都擁有自己的垃圾回收器

線程不共享的部分，都是伴隨著線程的創建而創建，線程的銷毀而銷毀。因此線程不共享的程序計數器、虛擬機棧、本地方法棧中沒有垃圾回收。

方法區的垃圾回收

方法區中能回收的內容主要就是不再使用的類。判定一個類可以被卸載。需要同時滿足下面三個條件：
1、此類所有實例對象沒有在任何地方被引用，在堆中不存在任何該類的實例對象以及子類對象。
2、該類對應的 java.lang.Class 對象沒有在任何地方被引用。
3、加載該類的類加載器沒有在任何地方被引用。

堆的垃圾回收

Java堆中的對象是否能被回收，是根據對象是否被引用來決定的。如果對象被引用了，說明該對象還在使用，不允許被回收。

垃圾判斷

判斷堆上的對象是否被引用方法：引用計數法（已摒棄）和可達性分析法。

可達分析法

將一系列GC Root的集合作為起始點，按照從上至下的方式搜索所有能夠被該合集引用到的對象（是否可達），并將其加入到該和集中，這個過程稱之為標記（mark），被標記的對象是存活對象。 最終，未被探索到的對象便是死亡的，可以回收的。

垃圾回收算法

當成功區分出內存中存活對象和死亡對象后，GC接下來的任務就是執行垃圾回收。有以下算法：
標記-清除算法（Mark-Sweep）
復制算法（Copying）
標記壓縮算法（Mark-Compact）
分代收集算法（Generational-Collection）

垃圾收集器

如果說收集算法是內存回收的方法論，垃圾收集器就是內存回收的具體實現
七款經典垃圾收集器：

算法和收集器了解即可