jvm学习总结

JVM是可运行Java代码的假想计算机 ，包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、 一个垃圾回收，堆 和 一个存储方法域。JVM 是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互。

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Hotspot JVM 中的 Java 线程与原生操作系统线程有直接的映射关系

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线程私有数据区域生命周期与线程相同, 依赖用户线程的启动/结束 而 创建/销毁(在 Hotspot VM 内
线程共享区域随虚拟机的启动/关闭而创建/销毁。

程序计数器(线程私有)
是当前线程所执行的字节码的行号指示器，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）。
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。
本地方法区(线程私有)
本地方法区和Java Stack作用类似, 区别是虚拟机栈为执行Java方法服务, 而本地方法栈则为 Native方法服务
堆（Heap-线程共享）-运行时数据区
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。
方法区/永久代（线程共享）
用于存储被 JVM 加载的类信息、常量、静 态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

垃圾回收

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。如果在“GC roots”和一个对象之间没有可达路径，则称该对象是不可达的。
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可达性分析
要注意的是，不可达对象不等价于可回收对象，不可达对象变为可回收对象至少要经过两次标记 过程。两次标记后仍然是可回收对象，则将面临回收。

分代收集算法
分代收集法是目前大部分JVM所采用的方法，其核心思想是根据对象存活的不同生命周期将内存 划分为不同的域，一般情况下将GC堆划分为老生代(Tenured/Old Generation)和新生代(Young Generation)。老生代的特点是每次垃圾回收时只有少量对象需要被回收，新生代的特点是每次垃 圾回收时都有大量垃圾需要被回收，因此可以根据不同区域选择不同的算法。
新生代与复制算法
目前大部分JVM的GC 对于新生代都采取Copying算法，因为新生代中每次垃圾回收都要 回收大部分对象，即要复制的操作比较少，但通常并不是按照1：1来划分新生代。一般将新生代 划分为一块较大的Eden空间和两个较小的Survivor空间(From Space, To Space)，每次使用 Eden空间和其中的一块Survivor空间，当进行回收时，将该两块空间中还存活的对象复制到另 一块Survivor空间中。

老年代与标记复制算法
而老年代因为每次只回收少量对象，因而采用Mark-Compact算法。

1. JAVA虚拟机提到过的处于方法区的永生代(Permanet Generation)，它用来存储class类， 常量，方法描述等。对永生代的回收主要包括废弃常量和无用的类。
2. 对象的内存分配主要在新生代的Eden Space和Survivor Space的From Space(Survivor目 前存放对象的那一块)，少数情况会直接分配到老生代。
3. 当新生代的Eden Space和From Space空间不足时就会发生一次GC，进行GC后，Eden Space和From Space区的存活对象会被挪到To Space，然后将Eden Space和From Space进行清理。
4. 如果To Space无法足够存储某个对象，则将这个对象存储到老生代。
5. 在进行GC后，使用的便是Eden Space和To Space了，如此反复循环。
6. 当对象在Survivor区躲过一次GC 后，其年龄就会+1。默认情况下年龄到达15 的对象会被 移到老生代中。

java中的四种引用类型
1，强引用
把一个对象赋给一个引用变量，这个引用变量就是一个强引用，，它处于可达状态，它是不可能被垃圾回收机制回收的，即 使该对象以后永远都不会被用到JVM也不会回收。因此强引用是造成Java内存泄漏的主要原因之 一。
2，软引用
软引用需要用SoftReference类来实现，内存足够时不会被回收，内存足够时可以被回收
3，弱引用
使用WeakReference类来实现，比软引用的生存期更短，只要垃圾回收一运行，总会回收
4，虚引用
用PhantomReference类实现，不能单独使用，必须和引用队列联合使用，虚 引用的主要作用是跟踪对象被垃圾回收的状态。

分区收集算法
分区算法则将整个堆空间划分为连续的不同小区间, 每个小区间独立使用, 独立回收. 这样做的 好处是可以控制一次回收多少个小区间 , 根据目标停顿时间, 每次合理地回收若干个小区间(而不是 整个堆), 从而减少一次GC 所产生的停顿

GC垃圾收集器

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1，Serial垃圾收集器（单线程复制算法）
Serial（英文连续）是最基本垃圾收集器，使用复制算法，依然是java虚拟机运行在Client模式下默认的新生代垃圾收集器。它不但只会使用一个 CPU 或一条线程去完成垃圾收集工 作，并且在进行垃圾收集的同时，必须暂停其他所有的工作线程，直到垃圾收集结束。 简单高效，没有线程切换。
2， ParNew 垃圾收集器（Serial+多线程）
ParNew垃圾收集器在垃圾收集过程中同样也 要暂停所有其他的工作线程。 ParNew 收集器默认开启和 CPU 数目相同的线程数，可以通过-XX:ParallelGCThreads 参数来限 制垃圾收集器的线程数。【Parallel：平行的】 ParNew虽然是除了多线程外和Serial收集器几乎完全一样，但是ParNew垃圾收集器是很多java 虚拟机运行在Server模式下新生代的默认垃圾收集器。
3， Parallel Scavenge 收集器（多线程复制算法、高效）
自适应调节策略也是 ParallelScavenge 收集器与 ParNew 收集器的一个 重要区别。
4， Serial Old 收集器（单线程标记整理算法 ）
运行在Client默认的java虚拟机默认的年老代垃圾收集器。
5， Parallel Old 收集器（多线程标记整理算法）
6， CMS 收集器（多线程标记清除算法）
Concurrent mark sweep(CMS)收集器是一种年老代垃圾收集器，其最主要目标是获取最短垃圾回收停顿时间，和其他年老代使用标记-整理算法不同，它使用多线程的标记-清除算法。
初始标记 只是标记一下GC Roots能直接关联的对象，速度很快，仍然需要暂停所有的工作线程。

整个过程分为以下4个阶段：
初始标记
只是标记一下GC Roots能直接关联的对象，速度很快，仍然需要暂停所有的工作线程。
并发标记
进行GC Roots跟踪的过程，和用户线程一起工作，不需要暂停工作线程。
重新标记
为了修正在并发标记期间，因用户程序继续运行而导致标记产生变动的那一部分对象的标记 记录，仍然需要暂停所有的工作线程。
并发清除
清除GC Roots不可达对象，和用户线程一起工作，不需要暂停工作线程。由于耗时最长的并 发标记和并发清除过程中，垃圾收集线程可以和用户现在一起并发工作，所以总体上来看 CMS收集器的内存回收和用户线程是一起并发地执行。
7，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：

1. 基于标记-整理算法，不产生内存碎片。
2. 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。

停顿时间科普
在我们的生产环境中，我们不断发现一些运行在JVM上的应用程序，偶尔会因为记录JVM的GC日志，而被后台的IO操作（例如OS的页缓存回写）阻塞，出现长时间的STW（Stop-The-World）停顿。在这些STW停顿的过程中，JVM会暂停所有的应用程序线程，此时应用程序会停止对用户请求的响应，这对于要求低延迟的系统来说，因此所导致的高延迟是不可接受的。
当JVM管理的Java堆空间进行垃圾回收，JVM可能会停顿，并对应用程序造成STW停顿。根据在启动Java实例时指定的JVM选项，GC日志文件会记录不同类型的GC和JVM行为。

在实践活动中，我们通过最优吞吐量和最短停顿时间来评价jvm系统的性能
吞吐量越高算法越好
暂停时间越短算法越好
首先让我们来明确垃圾收集(GC)中的两个术语:吞吐量(throughput)和暂停时间(pause times)。 JVM在专门的线程(GC threads)中执行GC。 只要GC线程是活动的，它们将与应用程序线程(application threads)争用当前可用CPU的时钟周期。 简单点来说，吞吐量是指应用程序线程用时占程序总用时的比例。 例如，吞吐量99/100意味着100秒的程序执行时间应用程序线程运行了99秒， 而在这一时间段内GC线程只运行了1秒。
术语”暂停时间”是指一个时间段内应用程序线程让与GC线程执行而完全暂停。 例如，GC期间100毫秒的暂停时间意味着在这100毫秒期间内没有应用程序线程是活动的。 如果说一个正在运行的应用程序有100毫秒的“平均暂停时间”，那么就是说该应用程序所有的暂停时间平均长度为100毫秒。 同样，100毫秒的“最大暂停时间”是指该应用程序所有的暂停时间最大不超过100毫秒。

阻塞IO模型
用户线程在IO操作读取数据的时候，阻塞自身以让出cpu，数据就绪，内核拷贝数据到用户线程并返回结果给用户线程时，停止阻塞
非阻塞IO模型
用户线程通过不停的轮询数据读取结果从而完成读取数据，数据没有就绪就返回error，继续read询问，不需要让出cpu等待，开销大。
多路复用IO模型
利用通道selector.selecct（）去轮询每个通道是否达到事件，没有事件则一直阻塞。只有真正与读写事件时，才进行IO读写操作。通过一个线程去轮询socket状态实现对多个socket的管理。
非阻塞IO 中，不断地询问socket状态 时通过用户线程去进行的，而在多路复用IO 中，轮询每个socket状态是内核在进行的，这个效率要比用户线程要高的多。
响应体如果大的话，会导致迟迟不检查其他状态。

信号驱动IO模型
用户线程给socket注册信号函数，内核数据就绪发信号给用户线程，用户线程在信号函数调用IO读写。
异步IO模型
不会阻塞用户线程也不需要轮询的IO模型，只需要用户线程发起请求，等待内核完成将数据拷贝到线程的信号，期间可以执行其他操作，收到信号后直接使用数据，而信号驱动的IO模型则是被通知数据已备好，便自己调用IO函数进行读写。内核接受asynchronous read，便完成一切。

java IO包2分为字节流和字符流

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NIO（非阻塞多路复用IO模型）
NIO主要有三大核心部分：Channel(通道)，Buffer(缓冲区), Selector。而NIO基于 Channel和Buffer(缓冲区)进行操作，数据总是从通道读取到缓冲区中，或者从缓冲区写入到通道中。Selector(选择区)用于监听多个通道的事件
NIO和传统IO 之间第一个最大的区别是，IO是面向流的，NIO是面向缓冲区的。
非阻塞的核心在于线程在某个通道读取数据时，不是进行阻塞而是继续做其他事情。通道读取数据时，只能得到目前能用的数据。

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jvm类加载机制

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加载：生成java.lang.class对象。作为方法区类的数据入口
验证：class文件中的字节流信息是否符合虚拟机的要求
准备：方法区分配变量内存空间，静态整型变量在准备阶段会初始值为0，编译阶段才会赋正式的值。
解析：指虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。
初始化：到了初始阶段，才开始真正执行类中定义的Java程序代码。初始化阶段是执行类构造器<client>方法的过程。
注意以下几种情况不会执行类初始化：

1. 通过子类引用父类的静态字段，只会触发父类的初始化，而不会触发子类的初始化。
2. 定义对象数组，不会触发该类的初始化。
3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用定义常量的类，不会触 发定义常量所在的类。
4. 通过类名获取Class对象，不会触发类的初始化。
5. 通过Class.forName加载指定类时，如果指定参数initialize为false时，也不会触发类初 始化，其实这个参数是告诉虚拟机，是否要对类进行初始化。
6. 通过ClassLoader默认的loadClass方法，也不会触发初始化动作。

3种类加载器：
启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)
扩展类加载器(Extension ClassLoader)
应用程序类加载器(Application ClassLoader)

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双亲委派
采用双亲委派的一个好处是比如加载位于 rt.jar 包中的类 java.lang.Object，不管是哪个加载 器加载这个类，最终都是委托给顶层的启动类加载器进行加载，这样就保证了使用不同的类加载 器最终得到的都是同样一个Object对象。

OSGi(Open Service Gateway Initiative)，是面向Java的动态模型系统，是Java动态化模块化系统的一系列规范。 OSGi 服务平台提供在多种网络设备上无需重启的动态改变构造的功能。

不遵守了类加载的双亲委托模型。 OSGi旨在为实现Java程序的模块化编程提供基础条件，基于OSGi的程序很可能可以实现模块级的热插拔功能，当程序升级更新时，可以只停用、重新安装然后启动程序的其中一部分，这对企 业级程序开发来说是非常具有诱惑力的特性。