JVM虚拟机

Java在各个平台上是如何跑起来的？

我们都知道 Java 源文件，通过编译器，能够生产相应的.Class 文件，也就是字节码文件，而字节码文件又通过 Java 虚拟机中的解释器，编译成特定机器上的机器码

不同平台上的解释器不同，但是虚拟机环境是相同的，这就是java为什么能在各个平台上运行的原因

JVM允许一个应用并发执行多个线程

JVM 内存区域主要分为线程私有区域【程序计数器、虚拟机栈、本地方法区】、线程共享区域【JAVA 堆、方法区】、直接内存

JVM的多线程处理提高了程序的并行处理效率

JVM介绍

程序计数器(线程私有)

一块较小的内存空间, 是当前线程所执行的字节码的行号指示器，每条线程都要有一个独立的程序计数器，这类内存也称为线程私有的内存

正在执行 java 方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址（当前指令的地址），如果还是 Native 方法，则为空

这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域

程序计数器的作用是用于存储下一条指令（即java代码编译完成的字节码指令）的地址，方便虚拟机解释器找到这些指令并且翻译成机器码交给CPU执行

虚拟机栈(线程私有)

是描述java方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息

每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程

栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁

一个方法域都对应一个栈帧，每次方法执行结束，栈帧内存放的变量引用都会被GC机制回收，回收结束后，对应的强引用也会消失（不可达），便于GC机制继续回收那些不可达的对象占用的堆内存

JVM内存分布

本地方法区(线程私有)

本地方法栈则为 Native 方法服务，调用本地其它语言的方法，例如C++，C等

Java提供了本地调用需要实现的接口（JNI）Java Native Interface ，它允许Java代码和其他语言写的代码进行交互

堆（Heap-线程共享）-运行时数据区

是被线程共享的一块内存区域，创建的对象和数组都保存在 Java 堆内存中，也是垃圾收集器进行垃圾收集的最重要的内存区域

堆内存通常存放new关键字创建的对象数据

堆内存分为 新生代 （Eden 区、From Survivor 区和 To Survivor 区）和 老年代

在了解堆内存内的分代回收机制前，先要了解下垃圾回收机制如何判断一个对象是否存活

宣告一个对象的死亡一般要经历两次标记

第一次标记

如果对象在进行可达性分析后发现没有与GC Roots（对象引用关系链，相当于一个树结构）相连接的引用链，那它将会被第一次标记，随后进行一次筛选

GCroot原理：通过对枚举GCroot对象做引用可达性分析
可以作为GC root对象的有：
局部变量（Object obj = new Object() 中的obj）引用的对象
静态属性引用的对象（static修饰的属性）
方法区常量引用的对象（static+final修饰的属性）
本地方法栈中引用的对象

新生代（8:1:1）
- Eden区（伊甸区）
  - Java 新对象的出生地（new关键字创建的，如果新创建的对象占用内存很大，则直接分配到老年代），当 Eden 区内存不够的时候就会触发 MinorGC（复制算法），对新生代区进行一次垃圾回收
- ServivorFrom区（幸存者1区）
  - 存放上一次 GC 的幸存者，作为这一次 GC 的被扫描者
- ServivorTo区（幸存者2区）
  - 保留了一次 MinorGC（复制算法）过程中的幸存者

GC垃圾回收机制

GC机制在新生代中的运行过程
1、将Eden区和ServivorFrom区中的数据复制到ServivorTo区，对象年龄+1，如果有达到老年区对象标准的移至老年区(默认15次扫描后)
2、清空Eden区和ServivorFrom区数据
3、替换ServivorFrom区和ServivorTo区数据内容

在第一次标记的同时我们要明白GC机制还做了一件事情：

判断是否要执行finalize()方法

finalize()方法

finalize()是Object的protected方法

finalize()与C++中的析构函数不是对应的。C++中的析构函数调用的时机是确定的（对象离开作用域或delete掉），但Java中的finalize的调用具有不确定性

如果需要执行，那么对象需要执行完finalize()方法才能被回收

如果对象重写了finalize()方法，那么该对象将会被放置在一个F-Queue队列中，稍后由一个虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行它

对象如果没有重写finalize()方法，或者finalize()方法已经被虚拟机调用过，此时会被认定为没必要执行finalize()方法

对象可由两种状态，涉及到两类状态空间
一是终结状态空间 F = {unfinalized, finalizable, finalized}
二是可达状态空间 R = {reachable, finalizer-reachable, unreachable}
各状态含义如下：
unfinalized: 新建对象会先进入此状态，GC并未准备执行其finalize方法，因为该对象是可达的 finalizable: 表示GC可对该对象执行finalize方法，GC已检测到该对象不可达。正如前面所述，GC通过F-Queue队列和一专用线程完成finalize的执行 finalized: 表示GC已经对该对象执行过finalize方法 reachable: 表示GC Roots引用可达 finalizer-reachable(f-reachable)：表示不是reachable，但可通过某个finalizable对象可达 unreachable：对象不可通过上面两种途径可达

第二次标记

第二次标记会为执行完finalize()方法的对象进行最后一次标记，之后销毁该对象内存

若JVM检测到finalized状态的对象变成unreachable，回收其内存
若对象并未覆盖finalize方法，JVM会进行优化，直接回收对象

老年代

新时代与老年代的内存比例为1:2

老年代的对象比较稳定，所以 MajorGC 不会频繁执行

MajorGC（采用标记复制回收策略）触发条件

至少触发一次MinorGC（不是绝对，有策略可以选择），使得有新生代的对象晋身入老年代，导致老年代内存空间不够用时才触发MajorGC

频繁触发MajorGC的原因一般为：新生代内存不足以存放过大内存占用率的对象，或者是没有合理分配好新生代的对象内存

参考博客

方法区/永久代（线程共享）

指内存的永久保存区域，主要存放 Class 和 Meta（元数据）的信息，类在被加载的时候被放入永久区域，它和和存放实例的区域不同，GC 不会在主程序运行期对永久区域进行清理
在 Java8 中，永久代已经被移除，被一个称为元数据区（方法区）的区域所取代

元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存，其大小仅受本地内存限制

G1 收集器

G1 收集器 Garbage first 垃圾收集器是目前垃圾收集器理论发展的最前沿成果，相比与 CMS 收集器，G1 收集器两个最突出的改进是：

基于标记-整理算法，不产生内存碎片
可以非常精确控制停顿时间，在不牺牲吞吐量前提下，实现低停顿垃圾回收

G1 收集器避免全区域垃圾收集，它把堆内存划分为大小固定的几个独立区域，并且跟踪这些区域的垃圾收集进度，同时在后台维护一个优先级列表，每次根据所允许的收集时间，优先回收垃圾最多的区域，区域划分和优先级区域回收机制，确保 G1 收集器可以在有限时间获得最高的垃圾收集效率