JVM入门篇

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GC的作用区域只在方法区和堆
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一、类装载器

负责加载class文件，class文件在文件开头有特定的文件标示，并且ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定 。

类装载器分类

1. 启动类加载器（Boostrap ClassLoader）：也叫根加载器，C++编写。负责将存放在<JAVA_HOME>\jre\lib目录中的，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识别的（仅按照文件名识别，如rt.jar，名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载的）类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被Java程序直接引用 。

2. 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：这个类加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载<JAVA_HOME>\jre\lib\ext目录中的，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。PS：sun.misc.Launcher它是一个java虚拟机的入口应用

3. 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：这个类加载器由sun.misc.Launcher$App-CLassLoader实现。由于这个类加载器是ClassLoader中getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器。它负责的是加载用户路径（ClassPath）上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

4. 用户自定义加载器：Java.lang.ClassLoader的子类，用户可以定制类的加载方式。

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验证对比下面两段代码的执行

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显然，打印出null，表明Bootstrap ClassLoader不能被Java程序直接引用，我们自定义的类Demo是由Application ClassLoader加载的，而JDK中的Object是由Bootstrap ClassLoader加载的。

双亲委派机制与Java沙箱安全机制

Java中ClassLoader的加载采用了双亲委托机制，采用双亲委托机制加载类的时候采用如下的几个步骤：

1. 当前ClassLoader首先从自己已经加载的类中查询是否此类已经加载，如果已经加载则直接返回原来已经加载的类。每个类加载器都有自己的加载缓存，当一个类被加载了以后就会放入缓存，等下次加载的时候就可以直接返回了。

2. 当前classLoader的缓存中没有找到被加载的类的时候，委托父类加载器去加载，父类加载器采用同样的策略，首先查看自己的缓存，然后委托父类的父类去加载，一直到bootstrp ClassLoader.

3. 当所有的父类加载器都没有加载的时候，再由当前的类加载器加载，并将其放入它自己的缓存中，以便下次有加载请求的时候直接返回。

  ***好处：***

  ***说到这里大家可能会想，Java为什么要采用这样的委托机制？理解这个问题，我们引入另外一个关于Classloader的概念“命名空间”， 它是指要确定某一个类，需要类的全限定名以及加载此类的ClassLoader来共同确定。也就是说即使两个类的全限定名是相同的，但是因为不同的ClassLoader加载了此类，那么在JVM中它是不同的类。明白了命名空间以后，我们再来看看委托模型。采用了委托模型以后加大了不同的 ClassLoader的交互能力，比如上面说的，我们JDK本生提供的类库，比如hashmap,linkedlist等等，这些类由bootstrp 类加载器加载了以后，无论你程序中有多少个类加载器，那么这些类其实都是可以共享的，这样就避免了不同的类加载器加载了同样名字的不同类以后造成混乱。譬如自己写一个String类，其实他仍旧是委托给Bootstrap ClassLoader去加载rt.jar中的String类。***

二、Native Method Stack本地方法栈

Native Interface本地接口本地接口的作用是融合不同的编程语言为 Java 所用，它的初衷是融合 C/C++程序，Java 诞生的时候是 C/C++横行的时候，要想立足，必须有调用 C/C++程序，于是就在内存中专门开辟了一块区域处理标记为native的代码，它的具体做法是 Native Method Stack中登记 native方法，在Execution Engine 执行时加载native libraies。 目前该方法使用的越来越少了，除非是与硬件有关的应用，比如通过Java程序驱动打印机或者Java系统管理生产设备，在企业级应用中已经比较少见。因为现在的异构领域间的通信很发达，比如可以使用 Socket通信，也可以使用Web Service等等，不多做介绍。本地方法栈的具体做法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine 执行时加载本地方法库。

三、PC寄存器与Execution Engine

每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的,就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向下一条指令的地址,也即将要执行的指令代码），由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不记。执行引擎负责解释命令，提交操作系统执行。

四、Java Stack

栈也叫栈内存，主管Java程序的运行，是在线程创建时创建，它的生命期是跟随线程的生命期，线程结束栈内存也就释放，对于栈来说不存在垃圾回收问题，只要线程一结束该栈就Over，生命周期和线程一致，是线程私有的。8种基本类型的变量+对象的引用变量+实例方法都是在函数的栈内存中分配。栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在，栈帧是一个内存区块，是一个数据集，是一个有关方法(Method)和运行期数据的数据集。每执行一个方法都会产生一个栈帧，保存到栈(后进先出)的顶部，顶部栈就是当前的方法，该方法执行完毕 后会自动将此栈帧出栈。

栈帧中主要保存3 类数据：

本地变量（Local Variables）:输入参数和输出参数以及方法内的变量；

栈操作（Operand Stack）:记录出栈、入栈的操作；

栈帧数据（Frame Data）:包括类文件、方法等等。

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不停的压栈而不出栈，导致栈溢出。

五、堆heap体系概述

一个JVM实例只存在一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的。类加载器读取了类文件后，需要把类、方法、常变量放到堆内存中，保存所有引用类型的真实信息，以方便执行器执行。

堆内存逻辑上分为三部分：新生代+老生代+永久/元空间

堆内存物理上分为两部分：新生代+老生代

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新生区

新生区是类的诞生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命。新生区又分为两部分： 伊甸区（Eden space）和幸存者区（Survivor pace） ，所有的类都是在伊甸区被new出来的。幸存区有两个： 0区（Survivor 0 space）和1区（Survivor 1 space）。当伊甸园的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收(Minor GC)，将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存 0区。若幸存 0区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到 1 区。那如果1 区也满了呢？再移动到养老区。若养老区也满了，那么这个时候将产生MajorGC（FullGC），进行养老区的内存清理。若养老区执行了Full GC之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常“OutOfMemoryError”。如果出现java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space异常，说明Java虚拟机的堆内存不够。原因有二：（1）Java虚拟机的堆内存设置不够，可以通过参数-Xms、-Xmx来调整。（2）代码中创建了大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）。

旧生代

存放新生代中多次GC仍旧存活的对象

永久区

永久存储区是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身所携带的 Class,Interface 的元数据，也就是说它存储的是运行环境必须的类信息，被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，关闭 JVM 才会释放此区域所占用的内存。如果出现java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space，说明是Java虚拟机对永久代Perm内存设置不够。一般出现这种情况，都是程序启动需要加载大量的第三方jar包。例如：在一个Tomcat下部署了太多的应用。或者大量动态反射生成的类不断被加载，最终导致Perm区被占满。

Jdk1.6及之前： 有永久代， 常量池1.6在方法区

Jdk1.7： 有永久代，但已经逐步“去永久代”，常量池在堆

Jdk1.8及之后： 无永久代，常量池1.8在元空间

方法区

Method Area 方法区 方法区是被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数，接口代码也在此定义。简单说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，此区属于共享区间。 静态变量+常量+类信息(构造方法/接口定义)+运行时常量池存在方法区中，单实例变量存在堆内存中,和方法区无关

注：方法区、永久带、元空间的关系https://www.jianshu.com/p/66e4e64ff278

六、内存调优

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    public static void main(String[] args) {

        //设置虚拟机参数VM options: -Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails
        //返回 Java 虚拟机试图使用的最大内存量
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();
        //返回 Java 虚拟机中的内存总量，即初始分配内存
        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();
        System.out.println("MAX_MEMORY = " + maxMemory + "（字节）、" + (maxMemory / (double) 1024 / 1024) + "MB");
        System.out.println("TOTAL_MEMORY = " + totalMemory + "（字节）、" + (totalMemory / (double) 1024 / 1024) + "MB");

    }

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public static void main(String[] args) {
    String s = "abc";
    // 将堆内存大小调低些再执行。-Xms8m -Xmx8m -XX:+PrintGCDetails
    // 产生Java内存溢出，Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    while (true) {
            s += new Random().nextInt(1000) + new Random().nextDouble();
    }
}

利用各类IDE插件分析内存使用

Intellij IDEA集成JProfiler性能分析

https://blog.csdn.net/wytocsdn/article/details/79258247

MAT 工具的使用

https://blog.csdn.net/pzxwhc/article/details/48492353