1. 垃圾回收機(jī)制

Stop-the-World：

JVM由于要執(zhí)行GC而停止了應(yīng)用程序的執(zhí)行稱之為Stop-the-World，該情形會(huì)在任何一種GC算法中發(fā)生。當(dāng)Stop-the-world發(fā)生時(shí)，除了GC所需的線程以外，所有線程都處于等待狀態(tài)直到GC任務(wù)完成。事實(shí)上，GC優(yōu)化很多時(shí)候就是指減少Stop-the-world發(fā)生的時(shí)間，從而使系統(tǒng)具有高吞吐 、低停頓 的特點(diǎn)。

2. java運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存劃分

(1)程序計(jì)數(shù)器

記錄當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼行號(hào)，用于獲取下一條執(zhí)行的字節(jié)碼。

當(dāng)多線程運(yùn)行時(shí)，每個(gè)線程切換后需要知道上一次所運(yùn)行的狀態(tài)、位置。

由此也可以看出程序計(jì)數(shù)器是每個(gè)線程私有的。

(2)虛擬機(jī)棧

虛擬機(jī)棧由一個(gè)一個(gè)的棧幀組成，棧幀是在每一個(gè)方法調(diào)用時(shí)產(chǎn)生的。

每一個(gè)棧幀由局部變量區(qū)、操作數(shù)棧等組成。每創(chuàng)建一個(gè)棧幀壓棧，當(dāng)一個(gè)方法執(zhí)行完畢之后則出棧。

如果出現(xiàn)方法遞歸調(diào)用出現(xiàn)死循環(huán)的話就會(huì)造成棧幀過(guò)多，最終會(huì)拋出 StackOverflowError。

若線程執(zhí)行過(guò)程中棧幀大小超出虛擬機(jī)棧限制，則會(huì)拋出 StackOverflowError。

若虛擬機(jī)棧允許動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，但在嘗試擴(kuò)展時(shí)內(nèi)存不足，或者在為一個(gè)新線程初始化新的虛擬機(jī)棧時(shí)申請(qǐng)不到足夠的內(nèi)存，則會(huì)拋出 OutOfMemoryError。

這塊內(nèi)存區(qū)域也是線程私有的。

(3)Java堆

Java 堆是整個(gè)虛擬機(jī)所管理的最大內(nèi)存區(qū)域，所有的對(duì)象創(chuàng)建都是在這個(gè)區(qū)域進(jìn)行內(nèi)存分配。

可利用參數(shù) -Xms -Xmx 進(jìn)行堆內(nèi)存控制。

這塊區(qū)域也是垃圾回收器重點(diǎn)管理的區(qū)域，由于大多數(shù)垃圾回收器都采用分代回收算法，所有堆內(nèi)存也分為 新生代、老年代，可以方便垃圾的準(zhǔn)確回收。

這塊內(nèi)存屬于線程共享區(qū)域。

(4)方法區(qū)

方法區(qū)主要用于存放已經(jīng)被虛擬機(jī)加載的類信息，如常量，靜態(tài)變量。 這塊區(qū)域也被稱為永久代。

可利用參數(shù) -XX:PermSize -XX:MaxPermSize 控制初始化方法區(qū)和最大方法區(qū)大小。

(5)元數(shù)據(jù)區(qū)

在 JDK1.8 中已經(jīng)移除了方法區(qū)(永久代)，并使用了一個(gè)元數(shù)據(jù)區(qū)域進(jìn)行代替(Metaspace)。

默認(rèn)情況下元數(shù)據(jù)區(qū)域會(huì)根據(jù)使用情況動(dòng)態(tài)調(diào)整，避免了在 1.7 中由于加載類過(guò)多從而出現(xiàn) java.lang.OutOfMemoryError: PermGen。

但也不能無(wú)線擴(kuò)展，因此可以使用 -XX:MaxMetaspaceSize來(lái)控制最大內(nèi)存。

(6)運(yùn)行時(shí)常量池

運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分，其中存放了一些符號(hào)引用。當(dāng) new 一個(gè)對(duì)象時(shí)，會(huì)檢查這個(gè)區(qū)域是否有這個(gè)符號(hào)的引用。

(7)直接內(nèi)存

直接內(nèi)存又稱為 Direct Memory(堆外內(nèi)存)，它并不是由 JVM 虛擬機(jī)所管理的一塊內(nèi)存區(qū)域。

有使用過(guò) Netty 的朋友應(yīng)該對(duì)這塊并內(nèi)存不陌生，在 Netty 中所有的 IO(nio) 操作都會(huì)通過(guò) Native 函數(shù)直接分配堆外內(nèi)存。

它是通過(guò)在堆內(nèi)存中的 DirectByteBuffer 對(duì)象操作的堆外內(nèi)存，避免了堆內(nèi)存和堆外內(nèi)存來(lái)回復(fù)制交換復(fù)制，這樣的高效操作也稱為零拷貝。

既然是內(nèi)存，那也得是可以被回收的。但由于堆外內(nèi)存不直接受 JVM 管理，所以常規(guī) GC 操作并不能回收堆外內(nèi)存。它是借助于老年代產(chǎn)生的 fullGC 順便進(jìn)行回收。同時(shí)也可以顯式調(diào)用 System.gc() 方法進(jìn)行回收(前提是沒(méi)有使用 -XX:+DisableExplicitGC 參數(shù)來(lái)禁止該方法)。

值得注意的是：由于堆外內(nèi)存也是內(nèi)存，是由操作系統(tǒng)管理。如果應(yīng)用有使用堆外內(nèi)存則需要平衡虛擬機(jī)的堆內(nèi)存和堆外內(nèi)存的使用占比。避免出現(xiàn)堆外內(nèi)存溢出。

(8)常用參數(shù)

通過(guò)上圖可以直觀的查看各個(gè)區(qū)域的參數(shù)設(shè)置。

常見(jiàn)的如下：

-Xms64m 最小堆內(nèi)存 64m.

-Xmx128m 最大堆內(nèi)存 128m.

-XX:NewSize=30m 新生代初始化大小為30m.

-XX:MaxNewSize=40m 新生代最大大小為40m.

-Xss=256k 線程棧大小。

-XX:+PrintHeapAtGC 當(dāng)發(fā)生 GC 時(shí)打印內(nèi)存布局。

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 發(fā)送內(nèi)存溢出時(shí) dump 內(nèi)存。

新生代和老年代的默認(rèn)比例為 1:2，也就是說(shuō)新生代占用 1/3的堆內(nèi)存，而老年代占用 2/3 的堆內(nèi)存。

可以通過(guò)參數(shù) -XX:NewRatio=2 來(lái)設(shè)置老年代/新生代的比例。

對(duì)象的創(chuàng)建

下圖便是 Java 對(duì)象的創(chuàng)建過(guò)程，我建議最好是能默寫(xiě)出來(lái)，并且要掌握每一步在做什么。

Step1:類加載檢查

虛擬機(jī)遇到一條 new 指令時(shí)，首先將去檢查這個(gè)指令的參數(shù)是否能在常量池中定位到這個(gè)類的符號(hào)引用，并且檢查這個(gè)符號(hào)引用代表的類是否已被加載過(guò)、解析和初始化過(guò)。如果沒(méi)有，那必須先執(zhí)行相應(yīng)的類加載過(guò)程。

Step2:分配內(nèi)存

在類加載檢查通過(guò)后，接下來(lái)虛擬機(jī)將為新生對(duì)象分配內(nèi)存。對(duì)象所需的內(nèi)存大小在類加載完成后便可確定，為對(duì)象分配空間的任務(wù)等同于把一塊確定大小的內(nèi)存從 Java 堆中劃分出來(lái)。分配方式有 “指針碰撞” 和 “空閑列表” 兩種，選擇那種分配方式由 Java 堆是否規(guī)整決定，而 Java 堆是否規(guī)整又由所采用的垃圾收集器是否帶有壓縮整理功能決定。

內(nèi)存分配的兩種方式：(補(bǔ)充內(nèi)容，需要掌握)

選擇以上兩種方式中的哪一種，取決于 Java 堆內(nèi)存是否規(guī)整。而 Java 堆內(nèi)存是否規(guī)整，取決于 GC 收集器的算法是"標(biāo)記-清除"，還是"標(biāo)記-整理"(也稱作"標(biāo)記-壓縮")，值得注意的是，復(fù)制算法內(nèi)存也是規(guī)整的

內(nèi)存分配并發(fā)問(wèn)題(補(bǔ)充內(nèi)容，需要掌握)

在創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)候有一個(gè)很重要的問(wèn)題，就是線程安全，因?yàn)樵趯?shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，創(chuàng)建對(duì)象是很頻繁的事情，作為虛擬機(jī)來(lái)說(shuō)，必須要保證線程是安全的，通常來(lái)講，虛擬機(jī)采用兩種方式來(lái)保證線程安全：

CAS+失敗重試： CAS 是樂(lè)觀鎖的一種實(shí)現(xiàn)方式。所謂樂(lè)觀鎖就是，每次不加鎖而是假設(shè)沒(méi)有沖突而去完成某項(xiàng)操作，如果因?yàn)闆_突失敗就重試，直到成功為止。虛擬機(jī)采用 CAS 配上失敗重試的方式保證更新操作的原子性。

TLAB： 為每一個(gè)線程預(yù)先在 Eden 區(qū)分配一塊兒內(nèi)存，JVM 在給線程中的對(duì)象分配內(nèi)存時(shí)，首先在 TLAB 分配，當(dāng)對(duì)象大于 TLAB 中的剩余內(nèi)存或 TLAB 的內(nèi)存已用盡時(shí)，再采用上述的 CAS 進(jìn)行內(nèi)存分配

Step3:初始化零值

內(nèi)存分配完成后，虛擬機(jī)需要將分配到的內(nèi)存空間都初始化為零值(不包括對(duì)象頭)，這一步操作保證了對(duì)象的實(shí)例字段在 Java 代碼中可以不賦初始值就直接使用，程序能訪問(wèn)到這些字段的數(shù)據(jù)類型所對(duì)應(yīng)的零值。

Step4:設(shè)置對(duì)象頭

初始化零值完成之后，虛擬機(jī)要對(duì)對(duì)象進(jìn)行必要的設(shè)置，例如這個(gè)對(duì)象是那個(gè)類的實(shí)例、如何才能找到類的元數(shù)據(jù)信息、對(duì)象的哈希碼、對(duì)象的 GC 分代年齡等信息。 這些信息存放在對(duì)象頭中。 另外，根據(jù)虛擬機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的不同，如是否啟用偏向鎖等，對(duì)象頭會(huì)有不同的設(shè)置方式。

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