JVM内存结构总结
Java Virtual Machine：
Java二进制字节码的运行环境 -> 也可以说是Java的运行环境
好处：
一次编写，到处运行的基石，屏蔽各个平台的字节码等差异，对外提供了一个一致的环境
JVM中有一个内存管理机制，提供了垃圾回收功能
提供了数组越界异常的判断
多态的支持
比较：
jvm：java虚拟机，作为java最底层的支持，屏蔽了字节码等运行平台相关的东西
jre：jvm+基础类库，集成了java的虚拟机和基础的类库，类似集合类、线程类等
jdk：jre+编译工具，集成了编译工具之后才能对高级语言编译成机器语言
学习jvm可以理解底层的实现原理
常见的jvm：
Oracle：Hotspot
Eclipse：OpenJ9
下面知识基于HotSpot
学习路线：
ClassLoader
JVM内存结构：
方法区
堆
虚拟机栈
程序计数器
本地方法栈
执行引擎：
解释器
JIT及时编译器
GC垃圾回收
1.程序计数器（Program Counter Register）
作用：
java源代码 -> 二进制字节码(jvm指令) -> 通过解释器解释成机器码 -> 交给CPU处理
程序计数器就是在指令运行的时候记住下一条jvm指令的地址
根据地址信息就可以寻址并执行
当执行完此地址的指令的时候，就会把下一条指令地址存入程序计数器
元件为寄存器
特点：
线程私有：
java是支持多线程的，CPU的调度器会分配时间片给不同线程，没执行完就暂存
线程切换的过程中，会用到程序计数器来记录最后一条指令的地址，并且标识自己属于某线程，以做到线程私有
每一个线程都有属于自己的程序计数器
唯一一个不会存在内存溢出的区域
2.虚拟机栈：
即每一个线程运行时所需要的一个内存空间，给每一个线程都划分
如果有多个线程的话，就有多个虚拟机栈
虚拟机栈由栈帧组成，一次方法调用对应一个栈帧，内部包含了参数、局部变量和返回地址等数据，一个虚拟机栈可以有多个栈帧，像递归就是有多个栈帧
在每个虚拟机栈只能由一个活动栈帧，即一个线程内只有一个方法正在执行
问题辨析：
1.垃圾回收是否涉及虚拟机栈?
不涉及，每次栈帧运行完都会自动回收
2.栈内存越大越好吗?
-Xss可以指定栈内存
Linux、mac、Oracle默认都是1M，Windows取决于它的虚拟内存
栈内存和线程数成反比：因为物理内存都是一定的，栈内存*线程数=物理内存
并不是越大越好
3.方法内的局部变量是否线程安全?
局部变量不会，就算多个线程调用同一个方法，由于每个线程都会生成一个栈，调用时都会生成一个栈帧，而在栈帧里局部变量是私有的，所以不会影响
但共享的数据可能会造成线程不安全，例如static变量，可以使用ThreadLocal来控制
4.线程公有的需要考虑线程安全，线程私有的不需要考虑线程安全
传入和传出的参数需要考虑线程安全问题，因为可能有别的方法调用它
即如果逃离了方法的作用范围，就要考虑线程安全问题
栈内存溢出：
栈帧过多，导致栈内存溢出：
栈的大小是固定了，但是和递归一样不断调用的话，就会产生栈内存溢出问题，抛出StackOverFlowError的异常
栈帧过大，导致栈内存溢出：
如果一个栈帧的占用内存过大，也会导致栈内存溢出，就几个栈帧九八内存塞满了
循环引用导致栈内存溢出：
如果有两个类相互注入，比如学生类有学院类对象，学院类有学生类对象，就会产生循环引用错误，抛出异常
如果是使用JSON转换产生的错误，可以使用@JsonIgnore注解，忽略属性对象类中的转换
线程运行诊断：
案例一：CPU占用高
定位： top命令可以查看哪个进程对cpu占用过高， ps H -eo pid，tid，%cpu | grep 线程id
Jdk定位：jstack 进程id，可以列出线程中的状态，可以通过nid判断是哪个线程占用高
案例二：长时间没结果
有可能是多线程造成的线程死锁，导致无法出现结果
可以使用以上的Jdk定位，查看问题
程序死锁实例：两个线程都使用了synchronized锁住了资源，但是由于互相争抢导致两边都没有释放
实际开发中，都是先定位，然后再解决问题
3.本地方法栈：
有时候Java不能和底层的打交道，但是可以通过调用例如C++等本地方法来进行交互
例如：Object有一个native方法clone()，这个方法并没有实现，就是使用了本地C/C++来进行了实现
4.堆
我们使用new来创建的对象都会放在堆里面，创建对象都会使用堆内存
特点：
- 他是线程共享的，堆中的对象都需要考虑线程安全的问题
- 有垃圾回收机制
堆内存溢出：
就算有垃圾回收机制，但是如果现在还是有人在使用，那么堆中对象也不能作为垃圾进行回收
如果不断产生新对象，达到一定数量，就会导致堆内存耗尽，抛出OutOfMemoryError错误
可以使用-Xmx指定堆空间大小
堆内存诊断：
Jps：查看当前系统有哪些java进程
Jmap：查看某个时刻堆内存占用情况 idea控制台输入： jamp-heap id
程序新创建的对象会放在一个叫Eden的空间
Jconsole：GUI界面，功能很多，还可以持续查看堆内存占用情况 idea控制台输入： jconsole
Jvisualvm：GUI界面，可以检测和查看具体信息，使用界面内使用dump可以堆转储，定位当前时刻的所有信息
案例：垃圾回收之后，线程占用还是很高
先定位，后处理
使用jvisualvm工具，使用GUI界面进程查看具体的信息
5.方法区
JVM规范对于方法区的定义：方法区是所有jvm线程的共享的区域，存储了和类结构相关的信息：成员变量、成员方法、构造方法等。他在虚拟机创建的时候被创建，它逻辑上是堆的组成部分，但是各大厂商实现不同。方法区也会有内存溢出的情况。
在1.6里，使用了永久代(perGem)的方式实现。而在1.8里面，使用了元空间本地内存(Metaspace)实现。
方法区内存溢出：
拓展：类加载器ClassLoader可以用于加载类的二进制字节码。可以使用defineClass方法触发加载字节码成一个类(加载)
Classwriter作用就是生成类的二进制字节码。可以使用vist方法生成类的字节码(生成)
可以使用-XX：MaxMetaspaceSize指定元空间内存大小
可以使用类生成器+类加载器的方法新建一个类，如果类新建过多，就会产生方法区内存溢出的问题，导致OutOfMemoryError
内存溢出场景：
Spring：
Cglib动态生成代理类，详见之前文档中的aop
Mybatis：
Cglib动态生成mapper接口(实现类)
运行时常量池：
在运行程序之前，java会把当前的类编译成二进制字节码，包含了类的基本信息、常量池、类方法定义，字面量信息，还包含了虚拟机指令等数据，然后放入常量池中
反编译：可以在console使用javap -c 类名.class来反编译一个class文件，用于把二进制字节码转我们能看的代码
反编译之后可以看到，有一个常量池的表，它对应了在编译后我们生成的class文件中的指令的操作，指令需要做的操作可以去常量池表中寻找操作方法，都有一一对应的操作
在程序运行的时候，常量池中的数值会放入运行中常量池中，并把里面的虚拟地址变为真实地址，以此让机器可以寻址
查看字节码：
Constant pool：常量池
Code：代码块，里面的 #* 标识常量池中的虚拟地址，运行的时候会变成真实地址
LocalVariableTable：局部变量表，查看当前存储东西的位置
StringTable：字符串池
字符串池是什么：
底层是以HashMap来实现的。
当我们创建字符串符号的时候，就会把字符串符号放入常量池，当发生常量拼接，直接赋值、new字符串对象操作的时候，就会把这个字符串符号放入字符串池，放入对象到堆中，并返回引用给某个对象。如果我们需要去新建一个字符串符号，就会先去字符串池寻找有没有这个字符串，如果有直接返回引用，没有就会放一个新的进入字符串池，并返回引用。
字符串池和常量池的关系：
当运行的时候，符号只是存放在常量池中，并不会成为一个String对象。当它开始执行到新建对象赋值这一块的时候，就会把常量池中的符号拿出来，并在StringTable中查找是否有这个对象，如果没有就新建出一个String对象，放入StringTable中，如果有就直接把这个引用拿出来使用
懒加载：使用的时候再创建，然后才放进去串池中
字符串拼接（变量拼接）：
在字节码中可以查看当两个字符串拼接的时候，是先进行了新建StringBuilder对象，拼接完成后进行toString输出。总的来说，当进行字符串拼接的时候，如果拼接是变量的话，就要新建了一个对象出来放入堆中，最后调用了toString方法进行输出，但没有把最后的结果放入字符串池中
字符串池的编译时优化（常量拼接）：
当我们使用常量池中的符号进行拼接的时候(而不是使用对象来拼接)，常量池中符号会进行编译时的优化，自动拼接起来，然后会先在字符串池中寻找拼接好的字符串，如果有就直接返回引用并存入堆和字符串池中，如果没有再新建一个对象出来, 返回引用存入堆和字符串池中
字符串池中字符串的延迟加载：
即一开始字符串池并不会有全部的常量,当发现一个没见过的常量的时候,例如new String("a")，就把a加入字符串池,并在其他地方拿出来使用。如果是见过的常量,那么就直接拿引用出来使用。
特性:
常量池中的字符串仅仅是符号,第一次用的时候才会变为一个对象
JVM利用串池的机制,来避免重复创建字符串对象
字符串拼接变量用的是StringBuilder(1.8)
字符串拼接常量是编译器优化
可以使用intern方法,主动尝试将串池中还没有的字符串对象放入串池中，如果没有就放入并返回引用，有就不会放入并返回引用
(示例)当现在使用有String s = new String("a") + new String("b");
先在运行时常量池中加入a符号、b符号，然后要创建String对象，就要在堆中创建一个String对象ab，并同时把a、b放入字符串池。但现在s是一个字符串对象ab，而且由于是变量拼接，没有在里面存放ab这个字符串，所以调用intern方法就可以把这个引用放入字符串池和堆中，这时s的引用等于"ab"的引用。
如果在里面已经有ab这个字符串了，那么s的引用不会等于"ab"的引用
(JDK1.6)在JDK1.6中，会复制一个新的对象放入字符串池。
面试题：
String s1 = "a";
String s2 = "b";
String s3 = "a" + "b"; // 编译优化 -> ab
String s4 = s1 + s2; // new String("ab")放入堆中
String s5 = "ab";
String s6 = s4.intern();
// 问
// s3是字符串池中的地址,s4是堆中的地址 -> false
System.out.println(s3 == s4);
// s5是字符串池中的地址 -> true
System.out.println(s3 == s5);
// s6是s4在字符串池中找到了ab,返回字符串池中的引用 -> true
System.out.println(s3 == s6);
String x2 = new String("c") + new String("d"); // new String("cd")
x2.intern();
String x1 = "cd";
// 问，如果调换了【最后两行代码】的位置呢，如果是jdk1.6呢
System.out.println(x1 == x2);
// 如果是jdk1.8，返回true，x1是字符串池中的引用，x2是堆中地址放入了字符串池中，那么就是说，两边的地址是相等的
// 如果是jdk1.6，返回false，x2放入的时候放了一个新的地址给他，而x1获取的时候就获取了新的地址，所以并不相等
位置：
Jvm1.6之前，字符串池是放在永久代中,即方法区的常量池里面，而这会导致垃圾回收效率低下。而在Jvm1.6之后，字符串池的位置就从永久代变成了堆中。
StringTable垃圾回收：
当字符串池的内存不够的时候，就会触发垃圾回收机制，然后GC会把字符串池中已经没用的字符串地址清除，以腾出空间给下面的地址使用。
StringTable调优：
场景：使用一个List存放一个480000个词的字典，而这480000个单词都要放入字符串池中
速度调优方案：调整-XX：StringTableSize=桶个数
由于StringTable底层是由HashMap实现的，而HashMap的性能和他的大小相关。如果HashMap桶多了，那么就表示元素就比较分散，hash碰撞的几率就小，查找速度变快。反之就会变慢。可以通过调整桶的个数，来调整hash碰撞的几率，从而加快/减慢储存的速度。
看回场景：如果我们桶的数目改变了，那么读取速度就会收到相应影响。
内存调优方案：考虑当前处理的字符串可以从池中获取
当使用采用intern方法，让同一字符串仅入池一次，其余重复的就拿池内已经存放了的地址。
看回场景：如果我们使用了intern方法，那么在字符串池中，对于每一个相同的字符串都只会存在一个地址，而对比原来没有使用intern的时候，字符串池内存占用会更小。
扩展：HashMap性能
HashMap存入数据的时候，会计算key的hashcode，然后放入一个数组里面。如果此时，计算出来的hashcode已经在里面了，那么同一hashcode的元素就会组成一个链表。这个数组每一个位置叫一个"桶"(bucket)，如果存放的数据多了，hash碰撞几率增加，那么在同一hashcode里面就需要链表顺序查找元素，这样就很慢了。反之就会变快。 可以通过负载因子，平衡桶和链表的长度，默认为0.75
6.直接内存Direct Memory
常见于NIO（块I/O）操作中的ByteBuffer，ByteBuffer里面就是使用了数据缓冲区，也就是直接内存。ByteBuffer不归JVM管理，而是属于操作系统内存
由于是操作系统内存，所以它的分配和回收成本较高，但同时读写能力强
内存溢出：
由于它不受控与JVM的GC，所以当调用它的时候，将会产生内存溢出的问题
内存释放原理：
由于它占用的是操作系统的内存，所以当需要释放的时候，JVM会调用本地Unsafe对象的freeMemory方法进行内存释放。JVM的垃圾回收只能对JVM内部例如堆内存、元空间等位置进行释放回收。详情可以看DirectByteBuffer类源码，它调用Cleaner（虚引用）来监测并进行内存释放。
拓展：IO和NIO
IO属于流操作，一次只能与外界交互一个字节，当未完成的时候会阻塞IO。
NIO属于块操作，以块的方式与外界交互，可以规模化的传输数据，但缺少了IO的简单性。NIO流里面需要在操作系统内存开辟直接内存ByteBuffer作为缓冲区，这个缓冲区连接着系统缓冲区和Java缓冲区，这样Java缓冲区就能直接访问到系统缓冲区的资源。
