JVM篇(上)

1、知识点汇总

JVM是java运行基础，面试时一定会遇到JVM的有关问题，内容相对集中，但对知识深度要求较高。其中内存模型、类加载机制、GC是重点方面。性能调优部分更偏向应用，重点突出实践能力。编译器优化和执行模式部分偏向于理论基础，

重点掌握知识点

内存模型各部分作用，保存哪些数据。

类加载双亲委派加载机制，常用加载器分别加载哪种类型的类

GC分代回收的思想和依据以及不同不同垃圾回收算法的回收思路和适用场景

性能调优常用JVM优化参数作用，参数调优的依据，常用的JVM分析工具能分析哪些问题以及使用方法

执行模式解释/编译/混合模式的优缺点，java7提供的分层编译技术，JIT即时编译技术OSR栈上替换，C1/C2编译器针对的场景，C2针对的是server模式，优化更激进。新技术方面java10的graal编译器

编译器优化javac的编译过程，ast抽象语法树，编译器优化和运行器优化。

2、知识点详解：

1、jvm内存模型：

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1、栈

又称方法栈，线程私有的，线程执行方法都会创建一个栈帧，用来存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。调用方法时执行入栈，方法返回时执行出栈。

2、本地方法栈

与栈类似，也是用来保存执行方法的信息。执行java方法是使用栈，执行Native方法时使用本地方法栈。

3、程序计数器

保存着当前线程执行的字节码位置，每个线程工作时都有独立的计数器，只为执行java方法服务，执行Native方法时，程序计数器为空。

4、堆

JVM内存管理最大的一块，对被线程共享、目的是存放对象的实例，几乎所有的对象实例都会放在这里。当堆没有可用空间时，会抛出OOM异常。根据对象的存活周期不同，JVM把对象进行分代管理，由垃圾回收器进行垃圾的回收管理。

5、方法区

又称非堆区，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器优化后的代码等数据。1.7的永久代和1.8的元空间都是方法区的一种实现。

6、jvm内存可见性

JMM是定义程序中变量的访问规则，线程对于变量的操作智能在自己的工作内存中进行，而不能直接对主内存操作。由于指令重排序，读写的顺序会被打乱，因此JMM需要提供原子性、可见性、有序性保证。

3、说说类加载和卸载

加载过程

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加载通过类的完全限定名，查找此类字节码文件，利用字节码文件创建class对象

验证确保class文件符合当前虚拟机的要求，不会危害到虚拟机自身安全

准备进行内存分配，为static修饰的类变量分配内存，并设置初始值(0或null)。不包含final修饰的静态变量，因为final变量在编译时分配。

解析将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。直接引用为直接指向目标的指针或者相对偏移量等。

初始化主要完成静态块执行以及静态变量的赋值。先初始化父类，再初始化当前类。只有对类主动使用时才会初始化。

触发条件包括：创建类的实例时，访问类的静态方法或静态变量的时候，使用Class.forName反射类的时候，或者某个子类初始化的时候。

java自带的加载器加载的类，在虚拟机的生命周期中是不会被卸载的，只有用户自定义的加载器加载的类才可以被卸载。

1、加载机制-双亲委派模式

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双亲委派模式，即加载器加载类时先把请求委托给自己的父类加载器执行，直到顶层的启动类加载器。父类加载器能够完成加载则成功返回，不能则子类加载器才自己尝试加载。

优点：

1. 避免类的重复加载
2. 避免java的核心API被篡改

2、分代回收

分代回收基于两个事实：大部分对象很快就不使用了，还有一部分不会立即无用，但也不会持续很长时间。

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年轻代->标记-复制算法

老年代->标记-清除算法

3、回收算法

a、G1算法

1.9后默认的垃圾回收算法，特点保持高回收率的同时减少停顿，采用每次只清理一部分而不是清理全部的增量式清理以保证停顿时间不会过长，其取消了年轻代和老年代的物理划分，但仍属于分代收集器，算法将堆分为若干个逻辑区域(region)，一部分用作年轻代，一部分用作老年代，还有用来存储巨型对象的分区。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。

年轻代回收：并行复制采用复制算法并行收集，会StopTheWorld

老年代回收：会对年轻代一并回收

初始标记：完成堆root对象的标记，会StopTheWorld.

并发标记：GC线程和应用线程并发执行。

最终标记：完成三色标记周期，会StopTheWorld.复制/清除会优先对可回收空间加大的区域进行回收。

b、ZGC算法

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

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roots标记：标记root对象，会STW。

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STW。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STW，取决于重定位集与对象活动集的比例。并发重定位与并发标记类似。

4、有没有了解逃逸分析技术？对象一定会分配在堆中吗

对象一定分配在堆中吗？

不一定的，JVM通过逃逸分析，那些逃不出方法的对象会在栈上分配。

什么是逃逸分析技术？

逃逸分析，是一种可以有效减少java程序中同步负载和内存堆分配压力的跨函数全局数据流分析算法。通过逃逸分析，Java Hotspot编译器能够分析一个新的对象的引用的使用范围，从而决定是否要将这个对象分配到堆上。

逃逸分析是指分析指针动态范围的方法，它同编译器优化原理的指针分析和外形分析相关联。当变量(或者对象)在方法中分配后，其指针有可能被返回或者全局引用，这样就会被其它方法或者线程引用，这种现象称作指针(或者引用)的逃逸。通俗点讲，如果一个对象的指针被多个方法或者线程引用时，那么我们就称这个对象的指针发生了逃逸。

逃逸分析的好处

- 栈上分配，可以降低垃圾收集器运行的频率。
- 同步消除，如果发现某个对象只能从一个线程可访问，那么在这个对象上的操作可以不需要同步

标量替换，把对象分解成一个个基本类型，并且内存分配不再是分配在堆上，而是分配在栈上。这样的好处有：
- 减少内存使用，因为不用生成对象头。
- 程序内存回收效率高，并且GC频率也会减少

什么时候会触发FullGC

除直接调用System.gc外，触发FullGc执行的情况有如下四种：

老年代空间不足 老年代空间只有在新生代对象转入及创建为大对象、大数组时才会出现不足的现象，当执行FullGC后空间仍然不足，则抛出：java.lang.OutOfMemoryError:java heap space. 为避免以上两种状况引起的FullGC,调优时应尽量做到让对象在MinorGc阶段被回收、让对象在新生代多存活一段时间以及不要创建过大的对象及数组
Permanet Generation空间满 Permanet Generation中存放的为一些class的信息等，当系统中要加载的类、反射的类和调用的方法较多时，Permanet Generation可能会被占满，在未配置为CMS GC的情况下会执行FullGc.如果仍然回收不了，那么JVM会抛出如下错误信息： java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 为避免Perm Gen占满造成FullGC现象，可采用的方法为增大Perm Gen空间或转为使用CMS GC
CMS GC时出现promotion failed和concurrent mode failure

对于采用CMS进行旧生代GC的程序而言，尤其要注意GC日志中是否有promotion failed和concurrent mode failure两种状况，当这两种状况出现时可能会触发Full GC。 promotionfailed是在进行Minor GC时，survivor space放不下、对象只能放入旧生代，而此时旧生代也放不下造成的；concurrent mode failure是在执行 CMS GC的过程中同时有对象要放入旧生代，而此时旧生代空间不足造成的。应对措施为：增大 survivorspace、旧生代空间或调低触发并发GC的比率，但在JDK 5.0+、6.0+的版本中有可能会由于JDK的bug29导致CMS在remark完毕后很久才触发sweeping动作。对于这种状况，可通过设置- XX:CMSMaxAbortablePrecleanTime=5（单位为ms）来避免

统计得到的Minor GC晋升到旧生代的平均大小大于旧生代的剩余空间

这是一个较为复杂的触发情况，Hotspot为了避免由于新生代对象晋升到旧生代导致旧生代空间不足的现象，在进行Minor GC时，做了一个判断，如果之前统计所得到的Minor GC晋升到旧生代的平均大小大于旧生代的剩余空间，那么就直接触发Full GC。例如程序第一次触发MinorGC后，有6MB的对象晋升到旧生代，那么当下一次Minor GC发生时，首先检查旧生代的剩余空间是否大于6MB，如果小于6MB，则执行Full GC。当新生代采用PSGC时，方式稍有不同，PS GC是在Minor GC后也会检查，例如上面的例子中第一次Minor GC后，PS GC会检查此时旧生代的剩余空间是否大于6MB，如小于，则触发对旧生代的回收。除了以上4种状况外，对于使用RMI来进行RPC或管理的Sun JDK应用而言，默认情况下会一小时执行一次Full GC。可通过在启动时通过- javaDsun.rmi.dgc.client.gcInterval=3600000来设置Full GC执行的间隔时间或通过-XX:+ DisableExplicitGC来禁止RMI调用System.gc

面试总结之-JVM(上篇)