剑指 Offer——JVM 基础知识点储备
一、前言
应聘后端开发岗位面试过程中，有关JVM的问题必不可少，此篇博文主要梳理有关JVM工作原理、收集器有关内容。
二、java 内存与内存溢出
2.1 JVM 分区及作用
程序计数器（线程私有）当前线程执行字节码的信号指示器。（每个线程都会在程序计数器中存储其指令，从而实现线程切换后恢复到正确的执行位置）
虚拟机栈（栈，线程私有）每个方法执行（开始到结束就是这个方法的生命周期）都会创建一个栈帧，栈帧存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
（栈内存）为虚拟机执行
java方法服务：方法被调用时创建栈帧-->局部变量表-->局部变量-->对象引用如果线程请求的栈深度超出了虚拟机所允许的深度，就会出现
StackOverFlowError. -Xss规定了栈的最大空间;虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展到无法申请到足够的内存，会出现
OOM（OutOfMemoryError）
而我们最常用的就是局部变量表，局部变量表包括如下内容：
基本数据类型:
boolean byte char short int float long double注意基本类型的包装类型：Boolean、Byte、Character、Short、Integer、Float、Long、Double对象引用类型：类、接口、数组 （不是对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针）
问题：包装类型是放在栈中么：String Interget（看包装类型是怎么用的：若直接定义则内容在常量池中，若 new 一个对象则在堆中。）
本地方法栈 。与虚拟机实现的功能非常相似，不同之处在于虚拟机执行
java方法（字节码）服务，而本地方法栈执行Native方法服务（非java方法写的）。java 堆。（线程共享） 虚拟机启动时创建，此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，对象在失去引用，就会被
java虚拟机回收。
被所有线程共享，在 java 虚拟机启动时创建，几乎所有的对象实例都存放到堆中；
GC管理的主要区域；物理上不连续，逻辑上连续，并可以动态扩展，无法扩展时抛出
OutOfMemoryError；
方法区（线程共享）（虚拟机把方法区叫做永久代）。用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即编译器编译后的代码等数据。
注意⚠️：特别注意静态变量
static修饰的变量在方法区。
直接内存（了解即可）不是虚拟机运行时数据区的一部分。是
native函数直接分配的堆外内存，这样避免了java堆和native堆来回复制数据。
三、垃圾收集器与内存分配策略
3.1 jvm 垃圾处理方法（标记清除、复制、标记整理）
标记—清除算法
标记阶段：先通过根节点，标记所有从根节点开始的对象，未被标记的视为垃圾对象；
清除阶段：清除所有未被标记的对象。
复制算法
将原有的内存空间分成两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中存活对象复制到未使用的内存块中，然后清除正在使用的内存块中所有对象。
标记—整理算法若对象存活率比较高，就要进行多次复制，效率比较低。
标记阶段：先通过根节点，标记所有从根节点开始的可达对象，未被标记的视为垃圾对象。
整理阶段：将所有的存活对象压缩到内存的一端（或向一端移动），之后清理边界所有的空间。
分代收集算法只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般把 java 堆分为新生代和老年代。
新生代大量对象死亡，只有少数对象存活，采用复制算法；
老年代对象存活率高，没有额外空间对它进行分配，故采用标记-清除或标记-整理算法。
三种算法的比较：
效率：复制算法 > 标记-整理算法 > 标记-清除算法（此处的效率只是简单的对比时间复杂度）
内存整理度：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
3.2 JVM 如何 GC？新生代，老年代，持久代，都存储哪些东西，以及各个区的作用？
大多数新生的对象在Eden区分配，当Eden区没有足够空间进行分配时，虚拟机就会进行一次Minor GC。(Survivor是两个)
1. 新生代在方法中new一个对象，方法调用完毕后，对象就会被回收，这就是一个典型的新生代对象。（新生对象在eden区经历过一次minorGC并且被Survivor容纳的话，对象年龄为 1，每一次熬过MinorGc 年龄就会加 1，直到 15，就会晋升到老年。）
注意动态对象的判定：
Survivor空间中相同年龄的对象大小总和大于Survivo空间的一半，大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代。
老年代
在新生代中经历了 N 次垃圾回收后仍然存活的对象，就会被放到老年代中，而且大对象（占用大量连续内存空间的
java对象如很长的字符串及数组）直接进入老年代。当
survivor空间不够用时，需要依赖老年代进行分配担保。
3.3 GC 引用可达性分析算法中 GCRoots 对象
java虚拟机栈中的对象（引用对象）；方法区中的静态成员；
方法区中的常量引用对象；
本地方法区中的
JNI（Native方法）引用对象 ；
3.4 MinorGC、FullGC 时机
1. MinorGC(新生代 GC)当Eden区没有足够空间进行分配时，虚拟机就会进行一次Minor GC。
新生代中的垃圾收集动作，采用的是复制算法；
对于较大的对象（很长的字符串、数据、集合），在
Minor GC的时候可以直接进入老年代。
2. FullGC(老年代 GC)
Full GC是发生在老年代的垃圾收集动作，采用的是标记-清除/整理算法；由于老年代的对象几乎都是在
survivor区熬过来的，不会那么容易死掉，因此Full GC发生的次数不会像MInor GC那么频繁，Full GC清理时间是Minor GC的 10 倍。
3.5 各垃圾回收器工作原理
3.5.1 Serial 收集器
是一个单线程收集器，它“单线程”的意义并不仅仅说明它只会使用一个 cpu 或一条线程去完成垃圾回收工作。而是在收集垃圾时，暂停其他的工作线程。
新生代采用复制算法，
stop-the-world（消除或者减少工作线程因内存回收而导致停顿）。老年代采用标记--整理算法。
简单高效，
client模式下默认的新生代收集器。
3.5.2 ParNew 收集器
ParNew 收集器是 Serial 收集器的多线程版本；
新生代采用复制算法，
stop-the-world；老年代采用标记--整理算法；
它是运行在
server模式下首选新生代收集器；除了 serial 收集器之外，只能它能和 cms 收集器配合工作。
3.5.3 ParNew Scanvenge 收集器
类似 ParNew，但是更加关注吞吐量。目标是：达到一个可控制吞吐量的收集器；
停顿时间和吞吐量不可能同时调优。我们一方面希望停顿时间少，另一方面希望吞吐量高，其实这是矛盾的。因为：在
GC的时候，垃圾回收的工作量是不变的，如果停顿时间减少，那频率就会提高；既然频率提高了，说明就会频繁的进行GC,那吞吐量就会减少，性能就会降低。
3.5.4 G1 收集器（核心重点）
是当今收集器发展的最前沿成果之一，对垃圾回收进行划分优先级的操作，这种有优先级的区域回收方法保证了它的高效率；
最大的优点是结合了空间整合，不会产生大量的碎片，也降低了进行 GC 的频率；
让使用者明确指定停顿的时间。
3.5.5 CMS 收集器：(Concurrent Mark Sweep:并发标记-清除 老年代收集器）
一种以获得最短回收停顿时间为目标的收集器，适用于互联网网站或者 B/S 系统的服务器上；
初始化标记（
stop-the-world）：根可以直接关联到的对象；并发标记（和用户线程一起）：主要标记过程，标记全部对象；
重新标记（
stop-the-world）：由于并发标记时，用户线程依然运行，因此在正式清理前，再做修正；并发清除（和用户线程一起）：基于标记结果，直接清理对象。
注意：CMS有三个致命的问题：
cpu资源占用；浮动的垃圾无法清除；
内存碎片；
3.6 java 引用类型
Java有四种引用类型：
强引用：通过
new产生的对象都是强引用。软引用：一些还有用但不是必须的对象可以使用软引用。比如创建一个软引用数组，这个数组存放了 100 多个学生对象的信息。内存比较空闲的时候这些对象和强引用没有区别，但内存紧张的时候就会被
GC回收。（这就是 GC 的判定条件）应用软引用的好处：java在内存不足时，程序不会崩溃；弱引用：描述非必须对象的（比软引用更弱），当
GC工作时，无论内存是否紧张都会回收掉；当某个对象是偶尔使用，并且在使用时随时能获取，又不想影响垃圾的回收，可以考虑应用这个。虚引用：无法通过虚引用来获取对一个对象的真实引用。唯一的用处：能在对象被
GC时收到系统通知，JAVA中用PhantomReference来实现虚引用。
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【No Silver Bullet】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/92e82b856608b0065148bf652】。文章转载请联系作者。
No Silver Bullet 2021.07.09 加入
岂曰无衣 与子同袍
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