JVM 浅析（一）
1-JVM
JVM，全称 Java Virtual Machine，针对 Java 计算机编程语言，虚拟化的计算机。如同计算机一样，针对 Java 程序，具备内存的分配、CPU 指令的执行以及进程和线程的管理等等功能。
运行时数据区
1、堆内存（Heap）
堆内存所有线程共享，用于存放几乎所有对象的实例，是垃圾回收的主要区域。堆是存储的单元，保存引用数据类型的实例对象，即保存对象信息，属于线程共享
2、方法区（Method Area）
方法区为所有线程共享，主要存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码
3、程序计数器（Program Counter Register）
程序计数器线程私有，占用内存较小，作用是当前线程执行的字节码的行号指示器，字节码解释器工作时通过改变计数器的值来选取下一条字节码指令
4、栈内存（Stack）
栈帧（Stack Frame），支持虚拟机进行方法调用和方法执行的数据结构
5、本地方法栈（Native Method Stack）
作用与虚拟机栈相似，区别在于虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法服务，本地方法栈为虚拟机执行 Native 方法服务
2-字节码运行
JVM 运行 Java 字节码
3-类加载机制
一、类加载过程
二、加载
加载，是指查找字节流，并且据此创建类的过程。
双亲委派模型
子类加载器接受加载请求时，先将请求转发给父类加载器，在父类加载器加载请求的类失败后，再由子类加载器去尝试加载。
三、连接
连接，将加载时创建的类变为可执行的类的过程。
四、初始化
4-JVM 内存模型与垃圾收集
GC（garbage collection）
垃圾收集机制是 Java 的一大特性，对于不需要使用的对象，进行清除。GC（garbage collection），垃圾收集器是 Java 虚拟机中的进程，其运行机制如下：
扫描堆内存，标记哪些对象被使用，哪些對象不被使用，并且清除无用的对象
问题的复杂性在于，Java 中的对象如何进行标记，这是需要涉及算法的，不可能所有的对象都需要进行扫描排查，否则，性能太差了。而大量的垃圾对象实际上是在堆内存中产生的，所以，接下来针对堆内存进行分析。
堆内存空间
堆内存是 Java 中保存实例对象的内存空间。整個 JVM 的堆内存空间实际上分为以下三块：
年轻代：保存新对象和沒有达到一定时间的对象的内存区域
老年代：保存长时间使用的对象，老年代的内存空間应比年轻代大
元空间：某些方法中的临时操作对象，直接使用物理内存保存
注意：
1、JDK1.8 之前 HotSpot 存在永久代，永久代的作用类似于元空间，但是其内存空间是在堆内存里进行划分。而取消永久代的目的在于 Oracle 将 SUN 的 hotspot 和 BEA 的 jrockit 的各自标准合为一个；
2、从下图堆内存的划分，可以发现，每块子内存区都有伸缩区，其目的在于可以进行动态扩展；
3、堆内存划分为新生代、老年代、元空间，其实便于管理，用于判断哪些对象用于使用，哪些对象用于清空。
*堆内存的划分，如同一个人的生命周期一样。先有孕育（伊甸园），然后存活下来（存活区），能够独立成长之后，进入成年老年期（老年代）
*同时也说明，人一定要活的久，你才能够干更多的事情
图 1 堆内存组成（JDK1.8 之后）
图 2 堆内存组成（JDK1.8 之前）
GC 垃圾回收流程
堆内存用于存放对象数据，既有临时对象，也有常驻对象。常驻对象如单例设计模式的实例对象。JVM 为了保证性能，对于堆内存空间中的对象处理，采用以下流程方式：
圖 3 GC 处理流程
注意：
1、新对象的生成，涉及到内存分配的问题，平均每个对象，栈内存存 4K，堆内存存 8K；
2、GC 的处理针对新生代和老年代，元空间（永久代）不在 GC 处理范围内，如果永久代存在大量的垃圾对象，是不能处理的，这也是为什么取消永久代的原因；
3、Minor GC 在新生代（伊甸园区和存活区）发生作用，Major GC（Full GC）在老年代发生作用；
4、所有对象的空间都在伊甸园区申请；
5、对象存储搬移的顺序由 Eden 区到 survivor 区，再到 tenured 区；
6、当 Eden 区不足，survivor 区充足，則会先把 Eden 区活跃的对象保存至 survivor 区，随后新对象再保存至 Eden 区；
7、当 Eden 区不足，survivor 区也不足，而 tenured 区充足，則会先把 survivor 区活跃的对象保存至 tenured 区，然后，再把 Eden 区活跃的对象保存至 survivor 区，最后再把新对象保存至 Eden 区；
8、当 Eden 区、survivor 区、tenured 区都不足的情況下，抛出 OutOfMemoryError 错误。
堆内存调优（关键）
實際上每一塊子内存空間都存在可變的伸縮區，黨空間不足時，在可變的範圍内動態的擴展内存空間，一段時間之後，空間不緊張時，再釋放可變的伸縮區空間。
基于以上的思想理念，可变伸缩区的动态扩展，既增大和缩小是需要耗费时间复杂度的。因此，建议最好不要有可变伸缩区。
圖 4 JVM 整體内存調整
堆内存空间调整参数
Java 類中可通過 Runtime 類獲取堆内存的信息，部分調用方法如下：
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
long maxMemory = runtime.maxMemory();
long totalMemory = runtime.totalMemory();
*.java.lang.Runtime 类是 Java 类库中的重要代表，用于获取 Java 程序运行时的相关信息，包括堆内存初始化分配大小和最大内存大小。同时，需要注意，该类也是访问权限中，单例设计的代表。
爲了提高性能，避免可变伸縮區动态扩展的可調策略，可以配置初始堆内存大小等於最大堆内存大小。示例如，包含打印 GC 信息：
java -Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails HeapDemo
打印 GC 信息如下：
注意：新年代的内存大小占 3/8，老年代的内存大小占 5/8。存活区 from（s0）和存货区 to（s1）内存大小相同。
为了查看 Full GC 起作用，可以编写以下代码，观察打印信息。
代码：
打印信息：
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 470K->100K(1024K)] [ParOldGen: 477K->477K(512K)] 948K->578K(1536K), [Metaspace: 2646K->2646K(1056768K)], 0.0098331 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
为了能够对运行程序进行监控分析，可使用以下工具。
可視化工具：jvisualvm（路徑：$java_home/bin/jvisualvm.exe，查看對應程序 pid 下的信息）
命令行工具：jmap（路徑：$java_home/bin/jmap.exe，jmap -heap pid，其中 pid 在 Windows 下通過 tasklist 查找，在 Linux 下通過 ps 查找）
企业级应用调优补充（极其重要）：
鉴于 Java 主要应用于企业级项目，也就是服务器端程序开发，那么，实际上对于 JVM 的调优，就需要懂得如何在中间件上进行内存分配管理。通常使用的是免费的中间价 Tomcat。由于服务器端项目运行依赖于容器，故只需要对 Tomcat 下的 bin 目录中的 catalina.sh 文件进行修改即可。在文件内容中 cygwin=false 位置前，增加 JAVA_OPTS 属性即可。示例如下：
# OS specific support. $var _must_ be set to either true or false.
JAVA_OPTS="-Xms256m -Xmx512m -Xss1024K -XX:PermSize=128m -XX:MaxPermSize=256m"
cygwin=false
4.1、年轻代
年轻代是堆内存空间的一部分，新产生的对象保存至年轻代的 Eden 区。当 Eden 区的对象经过多次的 minor gc 后仍然存活，則发生晋升，即对象保存至 survivor 区。但是 survivor 区必须有两块，且两者大小相等，并有一个是空的。原因是其中的一块用于活跃对象的晋升，另一块用于对象的回收。
图 6 年轻代
年轻代使用的 minor gc，其算法采用的是复制算法。
*对于复制，很想克隆。Java 中进行克隆，依赖 Object 类中的 clone()方法，但是对象必须实现 cloneable 接口。
图 7 Minor GC 复制算法
由上图可知，Eden 区存放着大量的临时对象，因此會频繁的调用 minor gc，为了加快 Eden 区内存空间的操作，采用以下两种技术实现
圖 8 Bump-The-Pointer
圖 9 TLAB
年轻代内存调整参数
年轻代核心概念：
1、通常情况下，不需要设置年轻代内存大小；
2、年轻代使用的是 Minor GC，该 GC 采用的是复制算法；
3、总有一个存活区是空的，两个存活区大小相同。
4.2、老年代
老年代保存年轻代经过多次 minor gc 后存活下來的对象，当 Eden 区保存的对象大小超过了设置的大小，则直接保存至老年代。当老年代内存不足时，则会调用 full gc（major gc）
老年代采用两种算法结合的模式进行 GC 处理：整理-压缩
图 11 标记-清除
在回收清除的过程中，老年代并沒有对内存进行整理，因此最大的问题在于产生空间碎片
图 12 标记-压缩
由上，在老年代尽量保存长久使用的对象且不会被轻易回收的大对象
老年代内存调整参数
老年代核心思想：
1、老年代使用 Full GC（Major GC），该 GC 采用整理-清除两种算法结合的模式；
2、老年代存储长期存活和数据较大的对象。
4.3、永久代（JDK1.8 之前）
永久代在堆内存之中保存，不會被回收，如使用 intern()方法产生的对象不会被回收，也就是说大量的字符串对象产生，会导致永久代内存溢出。因此，保存数据量多大，会抛出 OOM 错误
使用动态加载类的方式处理时就有可能产生“java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space”错误信息。
设置永久代内存参数
4.4、元空间
元空間类似于永久代，只不过数据保存在物理内存中，受到物理内存大小的限制。
元空间与永久代最大的区别在于：永久代保存使用的是 JVM 的堆内存，而元空间使用的是本机物理内存，所以元空间的大小受到本机物理内存的限制。
元空间内存参数
问题：
1、什么会时候发生 GC？如何处理？
2、Java 项目运行缓慢，如何解決？
3、当一個对象足夠大时，如何保存？
4、StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 什麽时候出现？
5、gc()方法执行的时候是何种 GC 处理？
还未添加个人签名 2019-11-21 加入
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