1. jvm运行时内存结构
jvm运行时内存结构图
程序计数器：当前线程通过程序计数器来辅助执行代码，《深入理解JVM》书作者称为字节码行号指示器。字节码执行器通过改变程序计数器的值来选取下一条执行指令。分支、跳转、循环、异常处理、线程恢复等基本功能依赖于程序计数器实现。注意：每条线程拥有一个独立的程序计数器，多个线程之间互不影响。也因此，多线程可以互相切换执行。程序计数器只记录java字节码的行号，不会记录native方法的行号。程序计数器不会OOM。
虚拟机栈：虚拟机栈同样是线程私有。每个方法执行时会创建一个方法栈，用于存放方法执行过程中的各种局部变量。虚拟机栈最大容量可以用-Xss256k参数配置为256k，当方法栈帧过深，所占用的内存产国256k时，就会抛出StackOverFlow异常。
本地方法栈：本地方法栈与虚拟机栈功能类似，最大区别是本地方法栈为本地方法（native）服务，虚拟机栈为java方法服务。
java堆：线程共享区域，永远存放java对象。java堆是垃圾收集器主要管理区域。一般可分为新生代，老年代。其中新生代又可以分为Eden区，From survivor区和To survivor区。java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区（TLAB），用于存放对象。java堆可以用参数-Xms和-Xmx配置最大值和最小值。另注：java堆的最大容量不超过16G。Java堆内存不足时抛出OOM。
方法区：线程共享区域，用于存放已被虚拟机加载的类信息，静态变量，常量，即时编译器编译后的代码等。方法区通常不进行内存回收，因此有人称为永久代。注意：最新的HotSpot虚拟机虚拟机里，已加载的类可以被卸载，不再被引用的常量也会被回收。关于是否要对类型进行回收，HotSpot虚拟机提供了一Xnoclassgc 参数进行控制，还可以使用-verbose：class以及-XX： +TraceClass一Loading、-XX：+TraceClassUnLoading查看类加载和卸载信息。在大量使用反射、动态代理、CGLib等字节码框架，动态生成JSP以及oSGi这类频繁自定义类加载器的场景中，通常都需要Java虚拟机具备类型卸载的能力，以保证不会对方法区造成过大的内存压力。
运行时常量池：方法区的一部分，在类加载后会保存类的一些符号引用。运行时常量池可以在运行时往里面放入常量，例如String的intern方法。注意：0-127的int数字会被保存在常量池，因此比较0-127的数字地址用于相等。
直接内存：直接内存属于堆外内存，通常使用native方法分配，也不受垃圾回收器影响。注意：运维在给服务配置内存参数时（例如容器），经常只考虑堆内存，忽略堆外内存，导致运行时出现OOM。
2. java对象的内存布局
在Hotspot虚拟机中，对象在内存中的布局可以分为3部分：对象头（Header）、示例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。
java对象头存储信息Mark World
Hotspot虚拟机对象头包括两部分，第一部分用于保存运行时数据，如哈希吗（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID，偏向时间戳等。这部分数据在32位和64位计算机中分别占用大小为32bit和64bit。另一部分数据是类型指针，指向当前对象的类元数据。如果对象是java数组，对象头中还有一块用于保存数组长度。
3. 垃圾收集器和内存回收策略
判断对象可被回收
引用计数法：给对象增加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器加1，当引用失效时，计数器减1. 优点：实现简单，判定效率高。 缺点：无法解决环形引用的问题。例如当只剩下对象A引用B，对象B引用A时，对象AB都应当被回收，然而在引用计数法下却判定不能回收。
可达性分析：从“GC ROOT”对象作为起始点向下搜索，搜索走过的路径成为引用链（Reference Chain），当一个对象到“GC ROOT”没有任何引用链时，即判定为可回收。在java语言中，可被作为“GC ROOT”的对象有以下几种：
虚拟机栈中引用的对象
方法区中类静态属性引用的对象
方法区中常量引用的对象
本地方法栈中JNI（native方法）引用的对象
引用的四种类型：
强引用：正常引用
软引用：在OOM之前会被回收的引用
弱引用：下一次GC就会被回收的引用
虚引用：完全无影响的引用。唯一的作用实在对象被回收后收到一个系统通知。
finalize方法的作用场景：java对象被判断可被回收时，会对再次进行判定，如果对象的finalize方法没有被覆盖，或者已经被执行时，判定为无需执行finalize方法。对于被判定为需要执行finalize方法的对象，会被放进F-QUEUE队列，由一个低优先级的线程执行每个对象的finalize方法。在finalize方法里，对象有最后一次逃逸死亡的机会。但是如果finalize方法执行缓慢或被阻塞，F-QUEUE的其他对象会处于等待状态无法被回收，导致垃圾回收系统崩溃。
垃圾回收算法
标记-清除法：先标记，再清除。缺点：执行效率低，产生大量不连续的内存碎片。
复制算法：将内存分为两块，一块用完后，把存活对象复制到另一块上，原来的一块进行回收。常用于新生代。由于新生代中98%的对象都是朝生夕死的，因此新生到代被分为一块较大的Eden区和两块较小的survivor区。每次使用Eden区和其中一块survivor区，新生代gc时，把存活的对象复制到另一块survivor区，最后再清理原来的Eden区和survivor区。Hotspot虚拟机中Eden区和survivor区默认比例为8:1:1。当每次新生代垃圾回收存活的对象超过一块survivor容量是，多出来的对象将进入老年代。
标记-整理算法：类似于标记-清楚，但不同的是，在标记万可被回收对象后，存活对象会向一侧平移靠拢，然后回收边界以外的空间。标记-整理算法适用于对象存活率较高的场景，因此常用于老年代。
垃圾回收器
串行收集器： Serial收集器，单线程执行，执行时需要“stop the world”暂停所有其他线程。
并行收集器：Parallel收集器，CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器，G1（Garbage First）收集器。并行收集器缩短了用户线程停顿的时间，但依然无法完全消除。
ParNew收集器：Serial收集器的多线程版本，只有它和Serial收集器可以和CMS配合使用。
Parallel Scavenge收集器：新生代并行多线程收集器，使用复制算法。他和CMS最大的额区别在于：CMS着眼于尽可能缩小用户停顿时间，适合于用户服务器。而Parallel Scavenge收集器着眼于尽可能提高吞吐量（吞吐量=用户代码运行时间/（用户代码运行时间+垃圾回收时间）），高吞吐量可以高效利用CPU，迅速完成任务，因此适用于后台运算，不需要太多交互的任务。Parallel Scavenge收集器提供了-XX:MaxGCPauseMilis参数配置最大垃圾回收时间（大于0的毫秒数）和-XX:GCTimeRatio参数配置吞吐量大小（大于0小于100的整数）。如果-XX:GCTimeRatio=19，那么最大垃圾回收时间比例为1/(1+19)=5%,默认值是99，因此最大垃圾回收时间为1/(1+99)=1%。 Parallel Scavenge收集器还提供了另外一个参数-XX:UseAdaptiveSizePolicy，这个开关开启后，虚拟机会根据当前系统状况自动调整新生代，老年代的一些参数以提供最合适的垃圾回收时间和吞吐量。称为自适应策略。
Serial Old收集器：Serial收集器的老年代版本，单线程执行，使用标记整理算法。
Parallel Old收集器：Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和标记整理算法。通常配合新生代选择 Parallel Scavenge收集器一起使用达到最优效果。
CMS收集器：CMS收集器是一款着眼于获取最短回收停顿为目标的收集器。CMS垃圾回收有四个步骤：初始标记，并发标记，重新标记，并发回收。其中初始标记和重新标记会出发“stop the world”。CMS缺点：一、对CPU资源敏感。CMS默认回收线程数=(CPU数量+3)/4，在CPU核心数小于等于4个时，由于回收线程占用大量CPU资源，因此对用户影响很大。二、CMS无法处理浮动垃圾，可能导致“Concurrent Mode Failure”。原因是CMS需要在并发收集时，预留一部分空间给用户程序，在jdk5时，CMS收集器在老年代占用空间达到68%时就会被激活。这一阈值在jdk6被调整到92%。如果预留空间不足以给用户程序运行，就会导致“Concurrent Mode Failure”。这是会启动预案：启动Serial Old收集器重新收集老年代垃圾，导致停顿时间更长。所以-XX:CMSInitiatingOccupacyFraction设置太高，导致“Concurrent Mode Failure”反而降低性能。 三、标记清楚算法在回收后会导致大量内存碎片。当无法找到足够大的连续空间时，不得不提前触发一次FULL GC。为解决此问题，CMS提供了一个参数-XX:+UseCMSComapctAtFullCollection开关（默认开启）用于控制CMS在顶不住要要进行FULL GC时进行内存碎片整理。内存整理时无法并发，导致停顿时间变长。CMS还提供了一个参数-XX:CMSGCsBeforeCompaction用于设置多少不压缩的FULL GC后开启一次带压缩的。默认为0，即每次FULL GC都会内存碎片整理。
G1收集器：不成熟的垃圾收集器。同样追求最短回收停顿，目标是性能优于CMS，还远未成熟。
GC相关参数：
内存分配策略：
一、对象优先在Eden区分配
二、大对象直接进入老年代。参数-XX:PretenureThreshold令大于这个参数的对象直接进入老年代。
三、长期存活的对象进入老年代。对象在survivor区每熬过一次minor gc就年龄加1，当年龄大于-XX:MaxTenuringThreshold参数时，就会进入老年代。默认15岁。
四、动态对象年龄判断。当survivor区所有相同年龄对象总和大于survivor区空间一半，所有大于该对象年龄的对象直接进入老年代。
五、空间分配担保。正常情况新生代minor gc前，会检查老年代空间是否大于新生代所有对象空间。如果条件满足，minor gc很安全。如果不是，会检查HandlePromotionFailure值是否允许担保失败。如果允许，再检查老年代剩余空间是否大于历次进入老年代对象的平均大小，如果大于，将进行一次minor gc，尽管存在风险。如果小于，或者HandlePromotionFailure不允许，会进行Full GC。注意：在担保minor gc失败后，依然要改为Full GC。jdk6之后，HandlePromotionFailure参数无效，默认就会进行空间分配担保。
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