#JVM原理學習總結
這篇總結主要是基于我之前JVM系列文章而形成的的。主要是把重要的知識點用自己的話說了一遍，可能會有一些錯誤，還望見諒和指點。謝謝
#更多詳細内容可以檢視我的專欄文章：深入了解JVM虛拟機
https://blog.csdn.net/column/details/21960.html
JVM介紹和源碼
首先JVM是一個虛拟機，當你安裝了jre，它就包含了jvm環境。JVM有自己的記憶體結構，位元組碼執行引擎，是以class位元組碼才能在jvm上運作，除了Java以外，Scala，groovy等語言也可以編譯成位元組碼而後在jvm中運作。JVM是用c開發的。
JVM記憶體模型
記憶體模型老生常談了，主要就是線程共享的堆區，方法區，本地方法棧。還有線程私有的虛拟機棧和程式計數器。
堆區存放所有對象，每個對象有一個位址，Java類jvm初始化時加載到方法區，而後會在堆區中生成一個Class對象，來負責這個類所有執行個體的執行個體化。
棧區存放的是棧幀結構，棧幀是一段記憶體空間，包括參數清單，傳回位址，局部變量表等，局部變量表由一堆slot組成，slot的大小固定，根據變量的資料類型決定需要用到幾個slot。
方法區存放類的中繼資料，将原來的字面量轉換成引用，當然，方法區也提供常量池，常量池存放-128到127的數字類型的包裝類。
字元串常量池則會存放使用intern的字元串變量。
JVM OOM和記憶體洩漏
這裡指的是oom和記憶體洩漏這類錯誤。
oom一般分為三種，堆區記憶體溢出，棧區記憶體溢出以及方法區記憶體溢出。
堆記憶體溢出主要原因是建立了太多對象，比如一個集合類死循環添加一個數，此時設定jvm參數使堆記憶體最大值為10m，一會就會報oom異常。
棧記憶體溢出主要與棧空間和線程有關，因為棧是線程私有的，如果建立太多線程，記憶體值超過棧空間上限，也會報oom。
方法區記憶體溢出主要是由于動态加載類的數量太多，或者是不斷建立一個動态代理，用不了多久方法區記憶體也會溢出，會報oom，這裡在1.7之前會報permgem oom，1.8則會報meta space oom，這是因為1.8中删除了堆中的永久代，轉而使用中繼資料區。
記憶體洩漏一般是因為對象被引用無法回收，比如一個集合中存着很多對象，可能你在外部代碼把對象的引用置空了，但是由于對象還被集合給引用着，是以無法被回收，導緻記憶體洩漏。測試也很簡單，就在集合裡添加對象，添加完以後把引用置空，循環操作，一會就會出現oom異常，原因是記憶體洩漏太多了，導緻沒有空間配置設定新的對象。
常見調試工具
指令行工具有jstack jstat jmap 等，jstack可以跟蹤線程的調用堆棧，以便追蹤錯誤原因。
jstat可以檢查jvm的記憶體使用情況，gc情況以及線程狀态等。
jmap用于把堆棧快照轉儲到檔案系統，然後可以用其他工具去排查。
visualvm是一款很不錯的gui調試工具，可以遠端登入主機以便通路其jvm的狀态并進行監控。
class檔案結構
class檔案結構比較複雜，首先jvm定義了一個class檔案的規則，并且讓jvm按照這個規則去驗證與讀取。
開頭是一串魔數，然後接下來會有各種不同長度的資料，通過class的規則去讀取這些資料，jvm就可以識别其内容，最後将其加載到方法區。
JVM的類加載機制
jvm的類加載順序是bootstrap類加載器，extclassloader加載器，最後是appclassloader使用者加載器，分别加載的是jdk/bin ，jdk/ext以及使用者定義的類目錄下的類（一般通過ide指定），一般核心類都由bootstrap和ext加載器來加載，appclassloader用于加載自己寫的類。
雙親委派模型，加載一個類時，首先擷取目前類加載器，先找到最高層的類加載器bootstrap讓他嘗試加載，他如果加載不了再讓ext加載器去加載，如果他也加載不了再讓appclassloader去加載。這樣的話，確定一個類型隻會被加載一次，并且以高層類加載器為準，防止某些類與核心類重複，産生錯誤。
defineclass findclass和loadclass
類加載classloader中有兩個方法loadclass和findclass，loadclass遵從雙親委派模型，先調用父類加載的loadclass，如果父類和自己都無法加載該類，則會去調用findclass方法，而findclass預設實作為空，如果要自定義類加載方式，則可以重寫findclass方法。
常見使用defineclass的情況是從網絡或者檔案讀取位元組碼，然後通過defineclass将其定義成一個類，并且傳回一個Class對象，說明此時類已經加載到方法區了。當然1.8以前實作方法區的是永久代，1.8以後則是元空間了。
JVM虛拟機位元組碼執行引擎
jvm通過位元組碼執行引擎來執行class代碼，他是一個棧式執行引擎。這部分内容比較高深，在這裡就不獻醜了。
編譯期優化和運作期優化
編譯期優化主要有幾種
1 泛型的擦除，使得泛型在編譯時變成了實際類型，也叫僞泛型。
2 自動拆箱裝箱，foreach循環自動變成疊代器實作的for循環。
3 條件編譯，比如if(true)直接可得。
運作期優化主要有幾種
1 JIT即時編譯
Java既是編譯語言也是解釋語言，因為需要編譯代碼生成位元組碼，而後通過解釋器解釋執行。
但是，有些代碼由于經常被使用而成為熱點代碼，每次都編譯太過費時費力，幹脆直接把他編譯成本地代碼，這種方式叫做JIT即時編譯處理，是以這部分代碼可以直接在本地運作而不需要通過jvm的執行引擎。
2 公共表達式擦除，就是一個式子在後面如果沒有被修改，在後面調用時就會被直接替換成數值。
3 數組邊界擦除，方法内聯，比較偏，意義不大。
4 逃逸分析，用于分析一個對象的作用範圍，如果隻局限在方法中被通路，則說明不會逃逸出方法，這樣的話他就是線程安全的，不需要進行并發加鎖。
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JVM的垃圾回收
1 GC算法：停止複制，存活對象少時适用，缺點是需要兩倍空間。标記清除，存活對象多時适用，但是容易産生随便。标記整理，存活對象少時适用，需要移動對象較多。
2 GC分區，一般GC發生在堆區，堆區可分為年輕代，老年代，以前有永久代，現在沒有了。
年輕代分為eden和survior，新對象配置設定在eden，當年輕代滿時觸發minor gc，存活對象移至survivor區，然後兩個區互換，等待下一場gc，
當對象存活的門檻值達到設定值時進入老年代，大對象也會直接進入老年代。
老年代空間較大，當老年代空間不足以存放年輕代過來的對象時，開始進行full gc。同時整理年輕代和老年代。
一般年輕代使用停止複制，老年代使用标記清除。
3 垃圾收集器
serial串行
parallel并行
它們都有年輕代與老年代的不同實作。
然後是scanvage收集器，注重吞吐量，可以自己設定，不過不注重延遲。
cms垃圾收集器，注重延遲的縮短和控制，并且收集線程和系統線程可以并發。
cms收集步驟主要是，初次标記gc root，然後停頓進行并發标記，而後處理改變後的标記，最後停頓進行并發清除。
g1收集器和cms的收集方式類似，但是g1将堆記憶體劃分成了大小相同的小塊區域，并且将垃圾集中到一個區域，存活對象集中到另一個區域，然後進行收集，防止産生碎片，同時使配置設定方式更靈活，它還支援根據對象變化預測停頓時間，進而更好地幫使用者解決延遲等問題。
JVM的鎖優化
在Java并發中講述了synchronized重量級鎖以及鎖優化的方法，包括輕量級鎖，偏向鎖，自旋鎖等。詳細内容可以參考我的專欄：Java并發技術指南
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微信公衆号【程式員黃小斜】新生代青年聚集地，程式員成長充電站。作者黃小斜，職業是阿裡程式員，身份是斜杠青年，希望和更多的程式員交朋友，一起進步和成長！專注于分享技術、面試、職場等成長幹貨，這一次，我們一起出發。
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