Java进阶---JVM
JVM概述
JVM作用：
负责将字节码翻译为机器码，管理运行时内存
JVM整体组成部分：
类加载系统(ClasLoader)：负责将硬盘上的字节码文件加载到内存中
运行时数据区(RuntimeData Area)：负责存储运行时各种数据
执行引擎(Execution Engine)：负责将字节码转为机器码
本地方法接口(Native Interface)：负责调用本地方法(非Java的方法)
垃圾回收(重点)
类加载系统
作用
负责将硬盘上的字节码文件加载到内存中(运行时数据区中)
类什么时候被加载
1.在一个类写一个main方法，运行main方法
2.new某个类对象时
3.使用类中的静态成员
4.使用反射机制时
public class Hello {final static int num = 10;static int num1= 10;/*静态代码块在类被加载时自动执行,目前可以看做一个类只被加载一次*/static {System.out.println("类被加载了");}public static void main(String[] args) {System.out.println("111111111");}
}public class TestHello {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {//new Hello();//System.out.println(Hello.num);// Class.forName("com.ffyc.javapro.jvm.classloader.Hello");/*创建的是数组对象,数组是Hello类型*/Hello [] hellos = new Hello[10];//只是访问类中的静态常量,类是不加载的,直接返回静态常量值即可System.out.println(Hello.num);//System.out.println(Hello.num1);}
}类加载的过程(了解)
加载阶段：以字节流形式读取文件
连接阶段：验证 准备 解析
初始化阶段：主要为静态成员变量初始化赋值
类加载器
类加载器就是负责加载类的实践者
不同的类，是由不同的类加载器加载的
类加载器的分类：
启动类加载器(引导类加载器)，不是用Java语言写的，而是用C/C++写的，负责加载虚拟机核心的类库
扩展类加载器，是用Java语言写的，负责加载jre/lib/ext目录下的类
应用程序类加载器，是用Java语言写的，负责加载程序员写的项目中的类(target/class)
双亲委派机制
当收到类加载任务时，首先委派给上级的类加载器加载，如果上级类加载器还有父级，依次递归，直到最顶级的启动类加载器，当父级类加载器找到类时，成功返回。
如果找不到，就要委派给子类加载器，如果子类加载器找到后，成功返回。
如果均未找到，那么就输出ClassNotFoundException
为什么设计双亲委派机制
为了安全，避免了自己定义的类，替换了系统中的核心类
例如：自己创建java.lang.String，结果还是加载的系统中的String类
如何打破双亲委派机制
可以自定义类加载器
写一个类 继承ClassLoader类，
重写findClass()；
自己用流将字节码读入
Class<?> clazz = defineClass(null, bytes, 0, bytes.length);
Object o = clazz.newInstance();//反射机制创建对象//com.ffyc.javapro.jvm.classloader.MyClassLoader@1b6d3586
System.out.println(clazz.getClassLoader());运行时数据区
当类加载系统把类信息加载到内存后，存储到运行时数据区
运行时数据区，根据不同的功能可以分为5个部分：
程序计数器
作用：程序计数器用来记录线程执行的指令集的位置，因为线程在执行时cpu要进行切换执行，需要记录线程执行的位置
特点：
1.是运行时数据区中空间最小的，运行速度最快的区域
2.每个线程都有一个属于自己的程序计数器，是线程私有的，程序计数器生命周期与线程生命周期相同
3.程序计数器是运行时数据区中唯一一个不会有内存异常情况的区域
虚拟机栈
虚拟栈是运行单位,管理程序如何执行,调用一个方法,方法入栈执行,运行结束后,出栈.
虚拟机栈主要用来运行java语言写的方法.
特点:
线程私有的,每个线程中调用的方法都在线程对应的虚拟机栈中执行.
栈中存储局部变量
虚拟栈中不存在垃圾回收
虚拟机栈中会存在内存溢出问题(递归调用太深)
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError 栈溢出错误
A线程中的方法不能调用B线程中的方法
先进后出
public void test(){int a = 10;//局部变量int b= 20;String s = new String(); //s是引用类型,保存的是对象地址
}当一个方法被调用后,被压入到虚拟机栈中称为一个栈帧,
栈帧内部结构:
局部变量表(存储局部变量的区域)
操作数栈(操作数栈就是用来计算的区域)
例如
int a= 10,int b=20; //a和b存储在局部变量表中
int c = a+b ;//计算时,把a和b从局部变量表加载到操作数栈运算,把 运算结果赋给c,把c写回到局部变量表方法返回地址: 记录方法调用的位置,方法执行完成后要回到自己开的位置
本地方法栈
本地方法: 在java程序中,不是用java语言实现的方法, 由底层操作系统提供
使用 native关键修饰的方法,没有方法体
因为java语言属于上层语言(开发上层应用程序),没有权限与底层硬件进行交互(如读取内存数据,读取硬盘数据),
本地方法栈用来执行本地方法的,当程序中调用了本地方法,那么被加载到本地方法栈中运行.
特点:
线程私有的,每个线程都有属于自己的本地方法栈
本地方法栈也会出现内存溢出情况
本地方法栈中不会出现垃圾回收
堆
概述
作用: 堆空间是用来存储java中创建的对象的
特点: 堆空间是运行时数据区中最大的一块内存空间,
还可以根据需要通过参数设置大小: -Xms:10m(堆起始大小) -Xmx:30m(堆最大内大小
堆空间是所有线程共享的.
堆空间会出现内存溢出情况的.
堆空间是垃圾回收的重点区域.
堆内存区域划分
新生代(区):
伊甸园区
幸存者0(from)
幸存者1(to)
老年代(区):
为什么要分区(代)
根据对象的存活周期,对象的大小放在不同的区域,不同的区域可以采用不同的垃圾回收算法.
会频繁的回收新生代, 相对较少回收老年代.
可以对回收算法扬长避短.
对象创建内存分配过程
1.新创建的对象都存储在伊甸园区(比较大的对象,可以直接分配到老年代)
2.当下次垃圾回收到来时,把伊甸园区存活的对象移动到幸存者0区,清空伊甸园区
3.当下次垃圾回收时,把伊甸园区中存活的对象和幸存者0区的存活对象移动到幸存者1区,清空伊甸园区和幸存者0区.
4.当一个对象经历过最大上限15次垃圾回收后,依然存活,那么将此对象移动到老年代
堆空间参数
涉及JVM调优面试题
根据实际的需要。来调整JVM中原有的一些参数，如堆的初始化大小，分代年龄
官网地址: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html
-XX:+PrintFlagsInitial查看所有参数的默认初始值
-Xms:初始堆空间内存
-Xmx:最大堆空间内存
-Xmn:设置新生代的大小
-XX:MaxTenuringTreshold:设置新生代垃圾的最大年龄
-XX:+PrintGCDetails 输出详细的 GC处理日志
方法区
概述
方法区主要存放类信息(属性，方法，静态常量...)和编译器编译后的代码，
也是线程共享的区域，
方法的大小也是可以设置的，方法区的大小决定可以加载多少的类，
方法区也是有可能出现内存溢出的。
方法区大小设置
Java 方法区的大小不必是固定的,JVM可以根据应用的需要动态调整.
元数据区大小可以使用参数-XX:MetaspaceSize指定
方法区的垃圾回收
方法区也是有垃圾回收的，方法区的垃圾回收主要回收的是类信息。
类信息回收条件是比较苛刻的：
1.该类所创建的对象已经不再使用，并且被回收了
2.该类的Class对象也不再被使用了
3.加载该类的类加载器也被回收了
线程共享：堆，方法
线程私有的：程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈
会出现内存溢出：堆，方法，虚拟机栈，本地方法栈
会出现垃圾回收：堆，方法区
本地方法接口
虚拟机中负责调用本地方法的入口，本地方法运行在本地方法栈中。
什么是本地方法
被native修饰的方法，没有方法体，是操作系统提供的方法
为什么Java中要调用本地方法
Java属于上层应用开发语言，没有权限直接访问计算机硬件(硬盘，内存，外设(喇叭))，需要调用本地操作系统提供的方法。
执行引擎(黑盒)
执行引擎在虚拟机中主要负责将加载到虚拟机中的字节码 解释/翻译 为机器码
.java-----jdk编译--->.class 在开发阶段（前端编译）
.class-----执行引擎编译--->机器码 在运行阶段（后端编译）
什么是解释器？什么是JIT编译器？
解释器/解释执行--->sql，html，css，js，python解释执行 不需要整体编译，由解释器一行一行执行，
解释执行特点：速度慢，不需要花费时间编译
编译执行，先把代码整体进行编译，生成另一种文件格式，
编译执行特点：编译后执行快，但是编译需要花费一定的时间
jvm中的执行引擎在将字节码编译为机器码时，采用半解释，半编译机制。
开始时，可以先采用解释执行，立即投入到翻译工作中，
等到编译器编译完成后，采用编译执行
垃圾回收
Java语言特点
开源，跨平台，面向对象，自动垃圾回收，线程，网络...
概述
什么是垃圾？
一个对象没有被任何引用指向，这个对象就可以被回收，就称为垃圾对象，
垃圾对象如果不及时清理，导致新对象肯可能没有空间存储，进而导致内存溢出（内存不够用了）
早期垃圾回收
早期是手动的回收 C和C++
malloc()
free()
给程序员带来不便，如果忘记释放，造成内存泄漏（对象不再使用，但是还占用着内存）
现在的语言多数采取了自动垃圾回收，例如java
程序员只需要new对象申请内存，不需要自己去释放空间，解放了开发人员
应该关心哪些区域的回收？
重点是堆：频繁回收新生代，较少回收老年代
方法区
内存溢出与内存泄漏
内存溢出：内存空间不足以运行程序，会报出内存错误（out of memory OOM）Error
内存泄漏：一些对象已经不再被使用l，但是垃圾回收器却不能回收的对象，一直悄悄的占用着内存资源。
举例：提供close()方法关闭资源的对象
数据库连接对象，
网络Socket
IO读取文件的对象
垃圾回收相关算法
垃圾标记阶段算法
标记阶段的目的：将堆内存中的对象进行检查，检查对象有没有被引用指向。
标记阶段涉及两个算法：引用计数算法（现在的虚拟机已经不再使用了）
可达性分析算法
引用计数算法：
思想：在每个对象中设置一个字段用来记录引用的数量，有一个引用指向对象，计数器加一，一旦有引用断开，计数器减一；
优缺点：实现思路简单
计数器字段占用空间，加一，减一是需要开销的，
重点是不能解决循环引用问题，A.B.C三个对象之间相互关联引用，此时计数器都是1，但是可能与外界没有联系，外界不可能使用A.B.C这三个对象，垃圾回收器不能回收他们，造成内存泄漏问题。
Hello h1 = new Hello(); 引用计数器0
Hello h2 = h1;
h1 = null;
h2 = null;
可达性分析算法（根搜索算法，追踪性分析算法）
思想：从一些活跃对象开始进行搜索，只要跟根对象有联系的对象，就不是垃圾对象，
与根对象没有任何联系的，即使对象之间存在引用关系，也可以判定为垃圾对象。
解决了引用计数算法中的循环引用问题。
哪些对象可以作为根对象：
1.虚拟机中引用的对象 运行中的方法中引用的对象
2.类中的一些静态成员变量
3.与同步锁有关的对象
4.虚拟机内部的一些类Class类，异常类，类加载器
final finally{ } finalize()
Object类中finalize()
public class Demo{protected void finalize() throws Throwable { Demo a = this;}
}finalize()在对象被判定为垃圾后，在对象被真正回收之前由虚拟机自动调用，
在finalize()中执行一些最后要执行的功能，
finalize()只被执行一次
由于finalize()存在，对象可以分为3种状态：
可触及的：有引用指向的对象
可复活的：已经被判定为垃圾对象，但是fianlize()方法还没执行过，有可能在finalize()中复活
不可触及的：fianlize()已经被执行过了，并且又判定为垃圾了
垃圾回收阶段算法
标记-复制算法
将内存分为两块，把正在使用中的内存块的存活对象,复制到另一块内存中,从内存块的开始位置摆放,然后清除正在使用的内存块.
对象会被移动, 适合存活对象少,垃圾对象多的场景, 适合新生代的回收.
标记-清除算法
不移动存活对象的,将垃圾对象中的地址记录在一个空闲列表,有新对象到来时,可以把新对象分配到空闲列表中的内存地址上,覆盖垃圾对象.
适合老年代回收,因为存活多且大,不需要移动对象.
标记-压缩算法
将存活对象会压缩到内存的一端,重新排列,将边界外的空间进行清理,以减少内存碎片.
也是适用于老年代
垃圾回收器
标记阶段算法和回收阶段的算法都是方法论,垃圾回收器是真正回收的实践者.
不同的jdk版本中提供不同的垃圾回收器, 不同的版本的jdk中可以由不同开发商实现垃圾回收器.
垃圾收集器分类
从线程数量分: 单线程垃圾收集器,只有一个线程进行垃圾回收
多线程垃圾收集器,有多个线程同时进行垃圾回收
从工作模式分: 独占式垃圾收集器, 当垃圾收集线程执行时,其他程序线程会暂停执行
并发式垃圾收集器, 当垃圾收集线程执行时,可以允许其他程序线程同时执行
从回收的内存空间分: 新生代垃圾收集器
老年代垃圾收集器
jdk8中内置的垃圾回收器
Serial,Serial Old,
ParNew,Parallel Scavenge,Parallel Old,
CMS,
G1
重点了解2款垃圾收集器
CMS(Concurrent Mark Sweep，并发标记清除),这款垃圾收集器首创了垃圾回收线程和其他程序线程同时执行.
初始标记: 垃圾回收线程独占的
并发标记: 用户程序线程和垃圾回收线程同时执行的
重新标记: 垃圾回收线程独占的
并发清理: 用户程序线程和垃圾回收线程同时执行的
重置线程: 用户程序线程和垃圾回收线程同时执行的