JVM

JVM内存结构：

方法区：用户存储已被虚拟机加载的类信息，常量，静态常量，即时编译器编译后的代码等数据。异常状态OutOfMemoryError 永久代是Hotspot虚拟机特有的概念，是方法区的一种实现

堆：是JVM所管理的内存中最大的一块。唯一目的就是存放实例对象，几乎所有的对象实例都在这里分配。Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称为“GC堆”。异常状态OutOfMemoryError

虚拟机栈：描述的是java方法执行的内存模型，每个方法在执行时都会创建一个栈帧，用户存储局部变量表，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。异常状态OutOfMemoryErrorStackOverflowError

本地方法栈：与虚拟机栈所发挥的作用相似。它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行java方法，而本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。

程序计数器：一块较小的内存，当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器工作时，就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。

Java内存模型：

线程A和线程B之间若要通信的话， 必须经历下面两个步骤 （1）线程A和线程A本地内存中更新过的共享变量刷新到主存中去。 （2）线程B到主存中去读取线程A之前更新过的共享变量。

虚拟机规范视图通过JMM来屏蔽掉各种硬件和操作系统的内存访问差异，主要目标是定义程序中各个变量的访问限制，即在虚拟机将变量存储到内存和从内存中取出变量这样的底层细节；

主内存与工作内存：Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中，每个线程还有自己的工作内存，线程的工作内存中保存了被该线程使用到的变量的主内存副本拷贝，线程对变量的所有操作都必须在工作内存中操作，而不能直接读写主内存中的变量。

可见性（主内存和工作内存）、原子性（volatile的long是具备原子性的）、有序性（happen-before规则）

JVM加载过程：

加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载

类的加载器：

BootStrap-》jre/lib/rt.jar

ExtClassLoader-》jre/lib/ext/*.jar

AppClassLoader-》ClassPath指定下所有jar或目录

类的连接：

验证、准备、解析

类的初始化时机：

1、创建对象的实例：我们new对象的时候，会引发类的初始化，前提是这个类没有被初始化

2、调用类的静态属性或者为静态属性赋值

3、调用类的静态方法

4、通过class文件反射创建对象

5、初始化一个类的子类：使用子类的时候先初始化父类

6、java虚拟机启动时被标记为启动类的类：就是我们的main方法所在的类

通过ClassLoader.loadClass 方法可以手动加载一个Java 类到虚拟机中，并返回Class类型的引用。

实现：双亲委托机制

1、loadClass方法实现了双亲委派的类加载机制，如果需要自定义类加载器，建议重写内部的findClass方法，而非loadClass方法

Launcher$ExtClassLoader的实现是遵循的双亲委派模型，它重写的是findClass方法

Launcher$AppClassLoader的实现是没有遵循双亲委派模型的，它重的是loadClass方法

重写findClass方法是符合双亲委派模式的，它保证了相同全限定名的类是不会被重复加载到JVM中

2、通过debug发现loadClass方法最终会执行native方法defineClass1进行类的加载，即读取对应class文件的二进制数据到虚拟机中进行解析

Java内存模型：

内存屏障（memory barriers）

又称内存栅栏，是一个CPU指令，基本上它是一条这样的指令：

1、保证特定操作的执行顺序

2、影响某些数据（或者是某条指令的执行结果）的内存可见性

Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中。每条线程中还有自己的工作内存，线程的工作内存中保存了被该线程所使用到的变量（这些变量是从主内存中拷贝而来）。线程对变量的所有操作（读取，赋值）都必须在工作内存中进行。不同线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量，线程间变量值的传递均需要通过主内存来完成。

Memory Barrier 所做的另外一件事是强制刷出各种CPU cache，如一个Write-Barrier（写入屏障）将刷出所有在Barrier 之前写入cache 的数据，因此，任何CPU上的线程都能读取到这些数据的最新版本。

volatile 是基于MemoryBarrier实现的。

如果一个变量是volatile修饰的，JMM会在写入这个字段之后插进一个Write-Barrier 指令，并在读这个字段之前插入一个Read-Barrier指令。

这意味着，如果写入一个volatile变量a，可以保证：

1、一个线程写入变量a后，任何线程访问该变量都会拿到最新值。

2、在写入变量a之前的写入操作，其更新的数据对于其他线程也是可见的。因为Memory Barrier会刷出cache中的所有先前的写入。

Happens-before

在JMM中，如果一个操作的执行结果需要对另一个操作可见，那么这两个操作之间必须要存在happens-before 关系，这个的两个操作既可以在同一个线程，也可以在不同的两个线程中。

同步器AQS（AbstractQueuedSynchronizer）

在java.util.concurrent.locks包中有很多Lock的实现类，常用的有ReentrantLock、ReadWriteLock（实现类ReentrantReadWriteLock），内部实现都依赖AbstractQueuedSynchronizer类。

内存模型定义了一个充分必要条件，保证其它CPU的写入动作对该CPU是可见的，而且该CPU的写入动作对其它CPU也是可见的。

JVN性能调优以及常用的JDK的命令行工具：

JVM调优：CPU使用率与Load值偏大（Thread count 以及GC count）、关键接口响应时间很慢（GC time以及GC log中的STW的时间）、发生Full GC或者OldCMS GS非常频繁（内存泄漏）；

JVM停顿（尽量避免Full GC、关闭偏向锁、输出GC日志到内存文件系统、关闭JVm输出的jstat日志）；

将Java性能优化分为4个层级：应用层、数据库层、框架层、JVM层。每层优化难度逐级增加，涉及的知识和解决的问题也会不同。比如应用层需要理解代码逻辑，通过Java线程栈定位有问题代码行等；数据库层面需要分析SQL、定位死锁等；框架层需要懂源代码，理解框架机制；JVM层需要对GC的类型和工作机制有深入了解，对各种JVM参数作用了然于胸

OS的诊断主要关注的是CPu、Memory、I/O三个方面。top、vmstat、free-m、uistat；常用的java应用诊断包括线程、堆栈、GC等方面的诊断，可以使用jstatck、jstat、jamp

JVM锁有4种状态：无锁、偏向锁、轻量级锁、重量级锁