JVM知识点

JVM组织架构：

1. 类加载器，负责加载Class文件，将二进制数据读到内存(方法区)
2. 运行时数据区，为Java程序的运行分配空间并处理数据
3. 执行引擎，将字节码翻译为当前机器的机器指令（执行字节码）

加载过程：
类加载器读取 Class 文件的二进制数据后，会在内存中生成一个代表该类的java.lang.Class对象（这个对象存放在堆内存中），同时将类的元数据（方法、字段、常量池等）存储到方法区（逻辑概念）。

运行时数据区

堆

给所有的对象分配内存的地方，分为新生代和老年代，新生代又有：Eden区，From区, To区之分，大小比例8:1:1

新生代 -> 老年代
长期存活，大对象，动态年龄判断
动态年龄判断：当Survivor区的所有对象大小超过一定比例(一般是Survivor区的一半)，那么没到达年龄阈值的对象也可能被提前晋升到老年代

随着JIT(Just In Time)的出现，“所有”不再这么绝对，会有逃逸分析来决定对象是否可以分配在栈上。

逃逸分析

private static void createObject() {
    // 创建一个对象，但这个对象的引用没有逃逸出方法
    User user = new User();
    user.setName("Alice");
    // 对象只在方法内部使用，没有返回也没有传递给其他方法
    System.out.println(user.getName());
}

因为所有的对象都在这里分配，所以也是[[#垃圾回收GC]]的主要场所。
堆和栈的区别：
几乎所有的对象分配在堆中，是线程共享的，被调用之后不会被清除，直到对象不再被引用为止，由GC垃圾回收器做处理。
栈是线程独立的，每个方法的执行会生成栈帧，存放局部变量表，操作数栈，动态链接等信息，会随着方法的结束而被释放。

栈帧结构

new对象的过程

对象的内存布局（Object的底层结构）

主要由对象头，实例数据，对齐填充组成

对齐填充：JVM内存模型要求对象起始地址是8字节对齐(64位)
why：因为 CPU 进行内存访问时，一次寻址的指针大小是 8 字节，正好是 L1 缓存行的大小。如果不进行内存对齐，则可能出现跨缓存行访问，导致额外的缓存行加载，CPU 的访问效率就会降低。

强软弱虚四大引用

强：内存不足也不会回收，GC也不会回收
软：内存不足就回收
弱：下一次GC回收，不论内存是否充足，ThreadLocal。
虚：跟踪对象被垃圾回收的过程，一般用不到

堆中内存是怎么分配的？

指针碰撞：加入堆中连续的内存，JVM维护一个指针，指向下一个可用内存的地址。每次分配内存时，将指针向后移动一段距离即可，如果没有发生碰撞则分配内存给对象
空闲列表：JVM维护一个空闲列表，存储内存的大小及位置信息。分配内存时，遍历列表选择足够大的内存分配给对象；分配后，如果内存没完全利用则剩余的空间作为新的内存加入到空闲列表中

指针碰撞适合碎片化少的区域——年轻代
空闲列表适合内存碎片化严重或对象内存差异大的场景——老年代

方法区

JVM定义的一种逻辑规范，JDK 7之前的实现形式为永久代，8之后被元空间取代(Metaspace)
用于存放类加载的信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码缓存等

1. 元空间与永久代的核心区别：
   • 永久代位于 JVM 堆内存中，大小受 JVM 参数限制
   • 元空间使用本地内存，默认大小只受系统可用内存限制
   • 元空间仍然存储类元数据、常量池等信息，但管理方式不同
2. 这一变化带来的好处：
   • 减少了 OutOfMemoryError: PermGen space 错误
   • 类元数据可以动态扩展
   • 垃圾回收效率提升

变量存在堆栈的什么位置？
局部变量存储在栈中的局部变量表中，静态变量存在方法区中。
实例变量：声明在类中但非 static 的基本类型变量，作为对象的一部分，存储在堆中（跟随对象一起分配）。

关于this引用，this 引用指向当前实例对象，在实例方法调用时被隐式传入。当调用对象的实例方法时，JVM 会自动向该方法传递一个 this 引用，指向调用该方法的对象本身。因此在实例方法中可以直接使用 this 访问当前对象的成员（字段和方法）。

栈

1. 虚拟机栈：执行方法会创建栈帧，被压入虚拟机栈
2. 本地方法栈：为Java程序提供调用本地方法服务
   常见native方法：hashcode()， System.currentTimeMillis()

类加载机制

类加载器
类加载过程
双亲委派机制
要求类加载器在加载类的时候，先委托父类进行加载，只有父类无法加载的时候，自加载器才会加载。

类的生命周期

加载 - 验证 - 准备 - 解析 - 初始化 - 使用 - 卸载
载入：将类的二进制字节码加载到内存中。
链接可以细分为三个小的阶段：

• 验证：检查类文件格式是否符合 JVM 规范
• 准备：为类的静态变量分配内存并设置默认值。
• 解析：将符号引用替换为直接引用。
  初始化：执行静态代码块和静态变量初始化。

垃圾回收GC

谁是垃圾？

• 通过可达性分析
• 引用计数法 —— 无法解决循环引用的问题

垃圾回收算法

1. 标记清除算法
   • 会造成内存碎片空间
2. 复制算法
   • 移动对象较多，性能较低，适合在新生代中执行(存活的对象比较少)
   • 要将内存空间折半分，将垃圾清除之后剩下的对象复制到另一块内存中，内存浪费大
3. 标记整理算法
   • 不会造成内存空间碎片，使内存更加紧凑

	标记-清除	标记-整理	复制
速度	中等	最慢	最快
空间开销	少（有碎片）	少（无碎片）	最多
移动对象	否	是	是

从GC Roots开始递归扫描标记
GC Roots：

• 虚拟机栈中的引用（方法的参数、局部变量等）
• 本地方法栈中 JNI 的引用
• 类静态变量
• 运行时常量池中的常量（String 或 Class 类型）

  [!NOTE] 关于mark
  对于mark的标记的是可达对象还是不可达对象，网上这两种说法均有。官方文档虽然没有详细指出，但出现过类似的说明

Oracle官方文档—GC

Concurrent Start : This type of collection starts the marking process in addition to performing a Normal young collection. Concurrent marking determines all currently reachable (live) objects in the old generation regions to be kept for the following space-reclamation phase. While collection marking hasn’t completely finished, Normal young collections may occur. Marking finishes with two special stop-the-world pauses: Remark and Cleanup.
并发启动：这种收集类型在执行正常年轻收集的同时启动标记过程。并发标记确定要保留在旧代区域中所有当前可到达（存活）的对象，以供后续的空间回收阶段使用。在收集标记尚未完全完成时，可能会发生正常的年轻收集。标记过程以两个特殊的全停暂停结束：标记和清理。

STW：Stop The World
在垃圾回收中会涉及到对象的移动，为了保证在对象移动的过程中不被修改，需要暂停所有线程。

• HOW：
  • JVM发出安全信号
  • 线程执行到安全点停止
  • 垃圾回收器工作
  • 线程恢复执行
    安全点是 JVM 的一种机制，常用于垃圾回收的 STW 操作，用于让线程在执行到某些特定位置时，可以被安全地暂停。

垃圾回收器

CMS回收器

CMS 在JDK9被废弃
初始标记：

• STW，暂停所有工作线程
• 然后标记出 GC Roots 能直接可达的对象
• 一旦标记完，就恢复工作线程继续执行
• 这个阶段比较短

并发标记：

• 从上一个阶段标记出的对象，开始遍历整个老年代，标记出所有的可达对象
• 耗时会比较长
• 但是不需要 STW，用户线程与垃圾收集线程一起执行

重新标记：

• 上个阶段标记的对象，可能有误差，需要进行修正
• 需要 STW，但是时间也不是很长
• 增量更新

并发清除：

• 删除垃圾对象
• 由于不需要移动对象，这个阶段也可以和用户线程一起执行，不需要 STW

CMS问题总结：

1. 并发标记与并发清理过程中的问题
   • 如果在并发标记、并发清理过程中，由于用户线程同时在执行，如果有新对象要进入老年代，但是空间又不够，那么就会导致“concurrent mode failure”。
   • 此时就会利用 Serial Old 来做一次垃圾收集，就会做一次全局的 STW。
2. 浮动垃圾
   • 在并发清理过程中，可能产生新的垃圾，这些就是“浮动垃圾”，只能等到下一次 GC 时来清理。
3. 内存碎片与解决方案
   • 由于采用的是标记-清除，所以会产生内存碎片。
   • 可以通过参数 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 可以让 JVM 在执行完标记-清除后再做一次整理。
   • 也可以通过 -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 来指定多少次 GC 后来做整理，默认是 0，表示每次 GC 后都整理。

G1 回收器

其他

内存泄露和内存溢出

泄露：占着茅坑不拉屎
溢出：爆缸了

手写内存溢出的例子

class HeapSpaceErrorGenerator {
    public static void main(String[] args) {
        // 第一步，创建一个大的容器
        List<byte[]> bigObjects = new ArrayList<>();
        try {
            // 第二步，循环写入数据
            while (true) {
                // 第三步，创建一个大对象，一个大约 10M 的数组
                byte[] bigObject = new byte[10 * 1024 * 1024];
                // 第四步，将大对象添加到容器中
                bigObjects.add(bigObject);
            }
        } catch (OutOfMemoryError e) {
            System.out.println("OutOfMemoryError 发生在 " + bigObjects.size() + " 对象后");
            throw e;
        }
    }
}

空间分配担保

在进行MinorGC前，JVM确保老年代有足够的空间存放从新生代晋升的对象。如果老年代空间不足则可能会触发Full GC

new对象时，堆会发生抢占内存
解决：JVM给每一个线程分配了一小块内存即TLAB，但TLAB满了才会在堆中创建对象