JVM 简述

java通过编译.java源文件文件生成.class字节码文件，然后字节码文件通过java虚拟机的解释器，生成机器码来执行。

.java -> 编译器 -> .class -> jvm解释器 -> 机器码

Java之所以能跨平台，是因为每种平台的解释器不同，但实现的虚拟机是相同的。当一个程序运行，虚拟机就会开始实例化，多个程序运行会创建多个虚拟机，每个虚拟机之间的数据都不共享。当程序退出或停止，虚拟机实例消亡。

线程

jvm允许一个应用并发的执行多个线程，Hotspot JVM中的java线程与原生操作系统的线程有直接映射关系。
当线程本地存储、缓冲区分配、同步对象、栈、程序计数器等准备好后，就会创建一个操作系统原生线程。java线程结束，原生线程随之被收回。
操作系统负责调度所有线程，把它们分配到任何可用的cpu上。当原生线程初始化完毕，就会调用java线程的run()方法。当线程结束，会释放所有java线程和原生线程资源。

Hotspot JVM 后台运行的主要线程有以下几个：

name	detail
虚拟机线程(VM Thread)	这个线程等待jvm到达安全点操作出现。这些操作都必须在独立的线程内执行，因为当堆修改无法进行时，线程都需要jvm位于安全点。这些操作的类型有stop-the-world垃圾回收、线程栈dump、线程暂停、线程偏向锁(biased locking)解除。
周期性线程任务	负责定时器事件（也就是中断），用来调度周期性操作的执行
GC线程	这些线程支持jvm中不同的垃圾回收活动
编译器线程	这些线程动态的将字节码文件编译成本地平台的机器码
信号分发线程	这些线程接收发送到jvm的信号，并调用适当的jvm方法来处理

jvm内存区域

jvm 内存区域主要分为：线程私有区域：[虚拟机栈，程序计数器，本地方法区]。线程共享区：[堆，方法区（jdk8中取消了方法区，替换成了metaspace），直接内存（direct memory）]。
线程私有数据区域的生命周期与用户线程相同，依赖用户线程 启动/停止 而 创建/销毁 。（在hotspot jvm 中每个线程都与操作系统本地线程对应，因此这部分内存区域是否存在和本地线程生/死对应）
线程共享区域随虚拟机的 启动/停止 而 创建/销毁。

以下为线程私有内存

程序计数器 Program Counter Register

一块较小的内存空间，是线程所有执行的字节码的信号指示器，每一条线程都有一个独立的程序计数器，这类内存称为线程私有内存。
程序计数器记录的是java方法的虚拟机字节码指令地址（当前指令的地址）。执行的native方法会记录在本地方法区，此时程序计数器为空。
程序计数器是虚拟机内存中，唯一一个没有被限制 OutOfMemoryError 的区域。

虚拟机栈 VM Stack

描述java方法执行的内存模型，每个方法执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法调用到结束的过程，都对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
栈帧（Stack Frame） 用来存储数据和部分过程结果的数据结构，同时也用来处理 动态链接（Dynamic Linking）、 方法返回值和异常分配（Dispatch Exception）。随着方法调用创建栈帧，结束时被销毁，无论是正常结束还是异常完成（抛出了方法内未捕获的异常）都算方法结束。

本地方法区 Native Method Stack

本地方法区和 VM Stack 类似，区别就是 VM Stack 存放的是 java方法，而本地方法区存放的是 native 方法。

以下为线程共享内存

堆 Heap

被线程共享的一块区域，java中创建的对象、数组实例都会保存在堆中，也是垃圾回收器进行垃圾收集的重要区域。由于VM采用了分代收集算法，因此在GC的角度也可分为：新生代（Eden, FromSurvivor, ToSurvivor），老年代。

方法区/永久代 Permanent Generation

用来存储被JVM加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译的代码等数据。Hotspot 把 GC 分代收集器扩展至方法区，即使用java堆永久代来实现方法区，这样Hotspot的垃圾收集器就可以像管理堆一样来管理方法区，不用再单独为了方法区开发专门的内存管理器了。（永久代回收主要针对常量池和类的卸载，因此收益不高）
运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口描述等信息外，还有一项信息是常量池 Constant Pool Table, 用于存放编译时期生产的字面常量和符号引用，这部分内容是加载后存放到方法区的 运行时常量池中的。
java 虚拟机对class格式有严格的要求，每一个字节存储的数据都必须符合规范，这样才会被虚拟机认可，装载，执行。

jvm 运行时内存

新生代

用来存放新生的对象，一般占堆内存的1/3，由于频繁的生成对象，所以新生代会频繁的触发 MinorGC进行垃圾回收。
新生代分为以下几个部分：

Eden

• java新对象的出生地，如果对象占用内存过大，直接进入老年代。当eden区内存不够使，会触发 minorGC 来进行一次垃圾回收。

FromSurvivor

• 上一次GC的幸存者，作为这一次GC的扫描对象

ToSurvivor

• 保留了一次 minorGC 过程的对象

MinorGC 过程

MinorGC 采用复制算法（复制 -> 清空 -> 互换）

1. eden & FromSurvivor 复制到 ToSurvivor 同时年龄加 1

将eden & FromSurvivor 中存活的对象复制到 ToSurvivor 中，同时这些对象年龄加一。（如果存活对象达到了年龄（默认是15）或者 ToSurvivor 内存不够存储对象，就会放入到老年代中）

2. 清空 eden & FromSurvivor 中的对象。

3. 将 FromSurvivor & ToSurvivor 互换，原来的 ToSurvivor 成为下一次的 FromSurvivor。

老年代

主要存放生命周期较长的对象，比较稳定，所以老年代不会频繁的执行 majorGC 。在进行 majorGC 之前一般都执行过一次 minorGC 使新生代对象晋身入老年代导致内存不够才触发。
当老年代无法找到足够大的连续空间分配给新创建的对象时，也会执行一次 majorGC 进行垃圾回收腾出空间。
当老年代内存在垃圾回收后也无法装下新对象时，会抛出OOM (Out Of Memory Error).

永久代

内存中永久保存的区域，主要存放 class 和 meta data, class 在被加载的时候就会进入永久区，永久区和实例存储区的区别就是GC不会在主程序运行期对永久区进行垃圾回收，所以随着时间加载的 class 越来越多，最终会抛出 OOM （Out Of Memory Error）。

java8 与元数据

在 java8 中永久代已经被移除， 元空间 metaspace 替换掉了它。metaspace 和永久代的区别就是 metaspace 使用的是本地内存，并不在虚拟机中。因此，默认情况下 metaspace 的大小仅受本地内存控制，class 和 元数据存储到本地内存，字符串池和常量放到java堆中，这样加载多少元数据就不再由 MaxPermSize 控制，由操作系统的实际内存可用空间来控制。

垃圾回收与算法

如何确定垃圾

引用计数法

可达性分析