深入理解Java虚拟机

一、内存

虚拟机管理的内存包括以下运行时数据区域

线程私有

1. 程序计数器。 当前线程所执行的字节码的行数指示器。native方法则数值为空
2. Java虚拟机栈。 每个方法执行时都创建一个栈帧，方法执行就是入栈到出栈的过程
3. 局部变量表。 存放基本类型、对象引用、返回地址
4. 本地方法栈。 让虚拟机使用Native方法

线程共享

1. Java堆。
   • 虚拟机启动时创建
   • 为几乎所有对象实例分配内存
   • GC的主要区域
2. 方法区 MethodArea。
   • 存储已被虚拟机加载的类信息
   • 运行时常量池
   • 静态量

内存分配策略

• 对象有线再新生代分配
  • 当新生代没有足够空间，将发生一次MinorGC
• 大对象直接进入老年代
  • 大对象多容易导致GC
• 长期存活的对象进入老年代
  • 年龄计数器计算年龄，以Minor GC为计数周期
  • 达到阈值，或相同年龄的对象占了Survivor空间的一半则进入老年代
• 避免不必要的Full GC
  • 当老年代连续空间小于新生代总空间则导致Full GC
  • 检查老年代最大连续空间是否大于历次晋升老年代的平均大小，如果不大于，则Full GC

二、回收

GC

• 判断对象可被回收：
  • 引用计数法
    • 每个对象伴随一个计数器，被引用加一，引用失效减一，减到0表明可被回收
    • 由于无法识别交叉引用，所以虚拟机没有采用这种方案
  • 可达性分析
    • 通过一个GcRoot为起点，完整遍历引用链，未被遍历到的对象为可回收对象。通常一下对象作为GcRoot
    • 栈中的引用对象
    • 方法区中类静态属性医用对象
    • 方法区类常量引用对象
    • 本地方法栈JNI引用的对象

四种引用

• 强引用 关键对象，GC永远不会回收
• 软引用 有用但非必需的对象，GC在OOM之前尝试回收
• 弱引用 描述非必须对象，每次GC周期都会被回收
• 虚引用 唯一目的是在回收时收到通知

GC过程

不可达的对象需要经历2次标记过程才会被回收

1. 可达性分析发现不可达会被标记一次。如果没覆盖finalize()方法或finalize被吊用过，则判定不进行第二次标记，否则放进队列F-Queue
2. 在F-Queue中进行第二次标记，如果对象finalize方法重新和GC roots的节点重新可达，则不会被回收。

垃圾收集算法

1. 标记-清除算法 两次标记后清除
   • 不足：效率不高。产生不连续的内存碎片
2. 复制算法 分为2块等容量内存。当一块用完就把存货的复制到另一块，然后一次性清理已使用的内存空间
   • 一般新生代使用这种算法
   • 优点：分配内存时不用考虑内存碎片，简单高效
   • 不足：内存代价高
3. 标记-整理算法 标记-清除算法的改良版，针对内存碎片问题
   • 一般用于老年代的垃圾收集

三、类加载

类加载机制：虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验，转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类

类加载机制

类加载过程

1. 加载
   • 通过类的类名获取定义该类的二进制字节流
   • 静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
   • 在内存中生成一个Class对象，作为方法区这个类的访问入口
2. 验证
3. 准备
   • 为类变量即静态变量分配内存，设置默认值
4. 解析 常量池的符号引用转化为直接引用
5. 初始化 类构造器 <clinit>()方法
   • 静态语句块。父类语句块优于子类。
   • 静态语句块是线程安全的
6. 类加载器
   • 启动类加载器 扩展类加载器 应用程序类加载器 自定义的类加载器

四、并发与线程安全

Java内存模型规定所有变量都存储在主内存，每个线程在自己的工作内存都保存了主内存的拷贝副本。线程对变量的所有操作都在工作内存中进行，不同线程的之间的变量值的传递需要通过主内存完成

• volatile

  • 保证对所有线程可见
  • 不保证原子性。
  • 禁止指令重排序优化

• 原子性 基本数据类型的访问和读写都具备原子性。synchronized块内具备原子性

• 可见性 volatile synchronized final修饰，修改后会立刻同步回主内存。读取前都会从主内存重新读取值值。

• 有序性 volatile和synchronized可以保证县城之间操作的有序性

线程安全从强到弱

• 不可变 final 基本数据类型
• 绝对线程安全
• 相对线程安全 使用线程安全类Vector HashTable等
• 线程兼容 类本身不是线程安全的，但在调用端使用正确的同步手段来保证对象在并发环境中安全使用

线程同步

• wait与sleep
  • wait 等待时会释放锁，一般用于线程间交互，与notify配套使用
  • sleep 一直持有锁，一般用于暂停执行
• HashTable与ConcurrentHashMap
  • HashTable 所有线程竞争同一把锁，效率低
  • ConcurrentHashMap 锁分段
• Java四种线程池
  • newCachedThreadPool 无可用新建，有可用重用，无上限
  • newFixedTreadPool 线程数量固定
  • newScheduledThreadPool 定时定期执行
  • newSingleTreadExecutor 单个后台线程