java学习八股之JVM-内存划分-垃圾回收器-回收算法-双亲委派-三色标记

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四、JVM

1.JVM内存结构

虚拟机栈：每次调用方法都会产生一个栈帧，每个栈帧中有方法的参数、局部变量、放出出口等信息，方法执行完成之后释放栈帧，每个线程都有自己的虚拟机栈，是线程私有的

本地方法栈：一些带有 native 关键字的方法就是需要 JAVA 去调用本地的C或者C++方法，因为 JAVA 有时候没法直接和操作系统底层交互，所以需要用到本地方法栈，服务于带 native 关键字的方法。为本地方法调用提供内存空间

程序计数器：记录下一条指令的地址，可以自增，通过寄存器实现，唯一不会内存溢出的地方，线程私有

问题辨析： 垃圾回收是否涉及栈内存？ 不会。栈内存是方法调用产生的，方法调用结束后会弹出栈（自动回收）。 栈内存分配越大越好吗？ 不是。因为物理内存是一定的，栈内存越大，可以支持更多的递归调用，但是可执行的线程数就会越少。非windows默认1mb，windows动态分配 如果方法内部的变量没有逃离方法的作用访问，它是线程安全的，因为每个线程有自己的栈。 如果是局部变量引用了对象，并逃离了方法的访问（有返回值是存在安全问题的），那就要考虑线程安全问题。 一句话。私有线程安全，共享不安全

堆：JVM回收的主要区域，存放对象信息，分为新生代和老年代，新生代的eden取内存不够发送MinorGC，老年代内存不够发送FullGC 通过new关键字创建对象使用堆内存 ​ 线程共享，考虑线程安全问题 ​ 有垃圾回收机制（gc）

方法区：Java 虚拟机有一个在所有 Java 虚拟机线程之间共享的方法区域。方法区域类似于用于传统语言的编译代码的存储区域，或者类似于操作系统进程中的“文本”段。它存储每个类的结构，例如运行时常量池、字段和方法数据，以及方法和构造函数的代码，包括特殊方法，用于类和实例初始化以及接口初始化，方法区域是在虚拟机启动时创建的。尽管方法区域在逻辑上是堆的一部分，但简单的实现可能不会选择垃圾收集或压缩它。此规范不强制指定方法区的位置或用于管理已编译代码的策略。方法区域可以具有固定的大小，或者可以根据计算的需要进行扩展，并且如果不需要更大的方法区域，则可以收缩。方法区域的内存不需要是连续的！JDK1.7采用持久代实现，1.8使用元空间实现

2.JVM的垃圾回收算法

1. 标记清除：标记不需要回收的对象，然后清楚没有标记的对象，会造成大量内存碎片
2. 标记整理：和标记清楚类似，标记之后，将存活对象向一端移动，清楚边界外的垃圾对象，标记清楚和整理由垃圾回收期决定使用哪一种，用在老年代
3. 复制算法：内存一分为二，只使用一块，gc时将活着的对象移动带另一块，然后清空之前的区域，用在新生代的eden区和survice区

3.如何判断对象是否可以回收

引用计数法：已经淘汰，每个对象添加引用计数器，引用为0可以回收，互相引用无法回收

可达性分析算法：从GCRoot开始搜索，搜索过的路径称为引用链，若一个对象没有任何引用链，判定为可以回收

GCRoot：虚拟机栈中引用的对象，方法区中静态变量引用的对象，方法区中常量引用的对象，Native方法中JNI引用的对象

4.典型的垃圾回收器

CMS：最小停顿时间为目标，只运行在老年代的回收器，使用标记整理算法，可以并发收集

G1：JDK1.9后默认的垃圾回收期，注重响应速度，支持并发，使用标记整理+复制算法回收内存

5.双亲委派机制

向上委派，向下实现

当有一个类被加载请求时，先将请求交给父类加载器，父类记载器找不到该类就向下去找，避免重复加载和系统级别的类被篡改

6.JVM的四种引用和回收时机

强引用：new的对象，只有所有的gc root对象都不能通过【强引用】引用该对象才能被回收

软引用：在垃圾回收后，内存不足时会再次发出垃圾回收，回收软引用对象

弱引用：每次垃圾回收都会回收

虚引用：必须配合引用队列使用，主要配合ByteBuffer使用，被引用对象回收时，会被虚拟机放入引用队列

7.类加载过程

（1）加载：将字节码通过二进制的方式转化到方法区中的运行数据区 （2）连接： 验证：验证字节码文件的正确性

准备：正式为类变量在方法区中分配内存，并设置初始值，final类型在编译期间赋值

解析：将常量池的符号引用(类的全限定名)解析为直接引用(类在实际内存中的地址)

（3）初始化：执行类构造器，为静态变量赋初始值并初始化静态代码块

8.JVM调优参数

-Xmx[]:堆内存最大内存

-Xms[]:堆内存最小内存，一般设置成跟堆空间最大内存一样的

-Xmn[]:新生代的最大内存

-xx:[survivorRatio=3]:eden区与from+to区的比例为3：1，默认为4：1

-xx[use 垃圾回收器名称]：指定垃圾回收器

-xss:设置单个线程栈大小

一般设堆空间为最大可用物理地址的百分之80

9.三色标记以及漏标问题

三色标记是cms和g1收集器的垃圾追踪方法 黑色对象：自己和引用的对象完全扫描 灰色对象：扫描了本身没有扫描全部对象 白色对象：没有扫描的对象

漏标的充要条件： 黑色对象标记之后引用了白色对象 黑色对象引用的灰色对象在自己扫描之后删除了白色对象的引用 那么就漏标了白色对象会意外删除

cms采用增量更新，破坏第一个条件，黑色对象引用白色对象之后将引用记录下来，最后标记的时候对黑色对象重新扫描 G1采用原始快照，破坏第二个条件，取消白色引用之前将引用记录下来，最后标记的时候对白色对象扫描

10. G1收集器原理

jdk1.9之后的默认收集器，保持高回收率减少停顿，每次只清理一部分，保证停顿时间不会过长 取消了新生代和老年代的物理划分，将堆分为若干个逻辑区域region，一部分作为新生代一部分作为老年代，还有一部分存储大对象， 同CMS相同,会遍历所有对象,标记引用情况,清除对象后会对区域进行复制移动,以整合碎片空间.

11. ZGC收集器原理

前面提供的高效垃圾回收算法,针对大堆内存设计,可以处理TB级别的堆,可以做到 10ms以下的回收停顿时间

着色指针 读屏障 并发处理 基于region 内存压缩(整理)

roots标记：标记root对象,会StopTheWorld. 并发标记：利用读屏障与应用线程一起运行标记,可能会发生StopTheWorld. 清除会清理标记为不可用的对象. roots重定位：是对存活的对象进行移动,以腾出大块内存空间,减少碎片产生.重定位最开始会StopTheWorld,却决于重定位集与对象总活动集的比例. 并发重定位与并发标记类似. 流程还是同cms类似

12. 简述java对象结构

java对象由三部分组成：对象头、实例数据、对齐填充

对象头：第一部分存储自身运行时数据：哈希码、gc分代年龄、锁标识、线程持有的锁、偏向锁id，第二部分是指针类型，指向对象的类元数据类型

实例数据：存储真正的有效信息，包括父类继承下来的和自己定义的

对齐填充：JVM要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，(8字节对齐)

13. jvm调优命名

jps：显示系统内所有的虚拟机进程 jstat：是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令，它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。 jmap：用于生成heap dump文件 jhat：与jmap搭配使用，用来分析jmap生成的dump，jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump的分析结果后，可以在浏览器中查看 jstack：用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。 jinfo：命令作用是实时查看和调整虚拟机运行参数。

14.逃逸分析

逃逸分析是优化内存分配的一种手段

方法逃逸：在一个方法体内，定义一个局部变量，而它可能被外部方法引用，比如作为调用参数传递给方法，或作为对象直接返回。或者，可以理解成对象跳出了方法。那么我们就无从知道哪些地方会使用这个变量。

线程逃逸：这个对象被其他线程访问到，比如赋值给了实例变量，并被其他线程访问到了。对象逃出了当前线程。

如果一个方法不会发生逃逸，那么可以在栈上分配内存，减少gc压力，

标量替换：基本数据类型不可分割称之为标量，可以分割的称之为聚合量，如果对象可分解，并且发生了逃逸，那么不会真正创建这个对象，会创建若干个成员变量来替换，拆散的变量可以单独分析与优化，在各自的栈上分配内存