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深入理解Java虚拟机（1）
深入理解Java虚拟机（1）
- 运行时数据区域
- 对象访问
- OOM
- 垃圾收集器
- 分代
- 对象的内存分配
运行时数据区域
- 程序计数器 ，线程隔离；
- 虚拟机栈 ，线程隔离；
描述的是Java方法执行的内存模型，方法被调用到执行完成对应了栈帧从入栈到出栈的过程。栈帧存储：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型、对象引用、returnAddress类型。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配且不会改变。 - 本地方法栈，线程隔离；
与虚拟机栈作用非常类似，虚拟机栈执行Java方法，本地方法栈执行Native方法。 - Java堆，线程共享；
唯一目的是存放对象实例。
进一步划分（新生代、老年代；Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间；线程私有的分配缓冲区TLAB: thread local allocation buffer）是为了更好的回收内存或者更快的分配内存。 - 方法区，线程共享；
存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量，即时编译器编译后的代码等数据。内存回收目标主要是对常量池的回收和类型的卸载。
5.1 运行时常量池
相对于class文件常量池的一个重要特征是具备动态性，可以在运行期间将新的常量放入池中；另一个重要特征是，Java虚拟机规范没有做任何细节的要求。
- 直接内存
不是虚拟机运行时数据区的一部分，在JDK1.4中新加入了NIO类，引入了一种基于通道和缓冲区的I/O方式，使用Native函数库直接分配堆外内存，通过存储在Java堆里的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。
避免了在Java堆和Native堆中来回复制数据，
对象访问
Object obj = new Object();
左边部分的语义反映到Java栈的本地变量表中，作为一个引用类型数据出现；右边部分的语义反映到Java堆中，存储所有实例数据值。
通过引用访问对象有两种主流的方法
- 使用句柄
Java堆中划分一块内存作为句柄池，引用中存储对象的句柄地址，句柄中包含的对象实例数据和类型数据的具体地址信息。 - 直接指针
Java堆对象的布局必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，引用中存储对象地址。
OOM
out of memory
垃圾收集器
哪些内存需要回收？什么时候回收？如何回收？
程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈，当方法结束或线程结束时，内存自然就跟着回收。加法堆和方法区只有在程序处于运行期间，才能知道会创建哪些对象。
分代
新创建的对象会在新生代 中分配内存；
经过多次回收仍然存活下来的对象存放在老年代中；
静态属性、类信息等存放在永久代中。
新生代：频繁；老年代：频率相对较低；永久代：一般不进行垃圾回收。
还可以根据不同年代的特点采用合适的垃圾收集算法。
- 判断对象是否存活
（引用计数算法——难以解决对象间相互循环引用）
根搜索算法，GC Roots Tracing。一系列名为GC Roots的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连，证明其对象是不可用的。
引用分类：强引用strong、软引用soft、弱引用weak、虚引用phantom，依次减弱。 - 两次标记
在进行根搜索后没有发现引用链会被第1次标记，并且进行一次筛选：是否有必要执行finalize()方法？yes！放入F-Queue队列，稍后GC对队列中对象进行第2次标记。任何一个对象的finalize()方法只会被系统自动调用1次，
方法区：（有必要的话）废弃常量&无用的类 - 垃圾收集算法
3.1 标记-清除算法
基础；效率不高、内存碎片。
3.2 复制算法
将内存容量划分为大小相等的2块，每次只使用1块。用完将存活对象复制到另1块。移动栈顶指针，顺序分配。
简单高效；内存缩小一半。
根据统计数据98%回收率，新生代：内存分为1块较大的Eden空间+2块较小的Survivor空间。使用1块Eden+1块Survivor，拷贝到1块Survivor。当survivor不够，需要依赖老年代进行分配保证（Handle Promotion）。
不适用存活率较高的情况，比如老年代。
3.3 标记-整理算法
标记过程和标记-清除算法一样，后续所有存活对象向一端移动，直接清理端边界以外的内存。
3.4 分代收集算法
Java堆划分。新生代使用复制算法；老年代使用标记-清除/标记-整理算法。 - 垃圾收集器
4.1 Serial收集器-Serial Old收集器
单线程，工作时必须暂停其他所有工作线程（Stop the World）。仍是虚拟机运行在Client模式下默认的新生代收集器。
简单高效；收集100+M的新生代，停顿时间可以控制在最多100+毫秒内。
4.2 ParNew收集器
Serial的多线程版本。虚拟机运行在Server模式下默认的新生代收集器。并发收集器。
4.3 Parallel Scavenge收集器-Parallel Old收集器
可控制吞吐量。2个参数：最大垃圾收集停顿时间；吞吐量大小。
4.4 CMS收集器
获取最短回收停顿时间。全称，Concurrent Mark Sweep，基于标记-清除算法实现。并发收集，低停顿。过程分为4个步骤：
（1）初始标记：单线程。标记GC Roots能直接关联到的对象，速度快。
（2）并发标记
（3）重新标记：单线程。修正（2）期间因用户程序继续操作导致标记产生变动的对象的标记记录，时间比（1）稍长，远比（2）短。
（4）并发清除
缺点：
（1）CPU资源占用，默认回收线程（CPU数量+3）/4。尽量减少GC线程占用资源的时间（抢占式模拟多任务机制，即在并发阶段让GC线程、用户线程交替进行）。
（2）浮动垃圾。并发阶段预留内存空间给用户线程，一旦无法满足，出现Concurrent Mode Failure，启动后备方案——临时启用Serial Old收集器。
（3）空间碎片，无法找到足够大的连续空间，提前触发Full GC。碎片整理过程，单线程。
4.5 G1收集器
基于标记-整理算法，可以精确控制停顿，近实时。
可以在基本不牺牲吞吐量的前提下，完成低停顿的内存回收：避免全区域的垃圾收集。将Java堆划分为多个大小固定的独立区域，跟踪其垃圾堆积程度，后台维护一个优先列表。
根据允许的收集时间优先回收垃圾最多的区域（Garbage First）。
对象的内存分配
1、优先在新生代Eden区，如果没有空间，JVM发起一次Minor GC；
2、大（内存空间超过阈值）对象直接进入老年代；
3、长期存活（对象年龄计数器——熬过一次Minor GC，+1）的对象将进入老年代；（静态）超过阈值/（动态）Survivor空间相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半。
在新生代进行内存分配时，发现没有足够的空间，则会进行一次Minor GC，Minor GC之后仍然有大量对象存活，需要老年代进行分配担保，让无法进入新生代空间的对象直接进入老年代。在进入老年代之前，先会取每一次回收到老年代的对象容量的平均值，与老年代的剩余空间进行比较决定是否进行Full GC。但是还是出现远高于平均值的水平，会导致担保失败，在失败后重新发起一次Full GC。
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