jvm理论

三大流行jvm

sun HotSpot

ibm j9

BEA JRockit

Oracle 会基于HotSpot整合 JRockit。

jvm运行时数据区

java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域

程序计数器

1、线程私有，随线程而生，随线程而灭。

2、如果线程在执行java方法，计数器记录正在执行的虚拟机字节码指令的地址。

3、如果线程在执行native方法，计数器值为空。

java虚拟机栈

1、线程私有，随线程而生，随线程而灭。

2、java方法执行的内存模型：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等。

局部变量表：存放编译器可知的各种基本数据类型（boolean,byte,char,short,int,long,float,double）、对象引用和returnAddress类型。

本地方法栈

1、线程私有，随线程而生，随线程而灭。

2、为虚拟机使用到的native方法服务。

java堆

1、线程共享。

2、虚拟机启动时创建。

3、存放对象实例：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。

4、分为：年轻代（Young Generation）、年老点（Old Generation）和持久代（Permanent Generation）。

年轻代又分为：Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间。

java heap是GC管理的主要区域。

由于对象进行了分代处理，因此垃圾回收区域、时间也不一样。GC有两种类型：Scavenge GC和Full GC。

Scavenge GC

一般情况下，当新对象生成，并且在Eden申请空间失败时，就会触发Scavenge GC，对Eden区域进行GC，清除非存活对象，并且把尚且存活的对象移动到Survivor区。然后整理Survivor的两个区。这种方式的GC是对年轻代的Eden区进行，不会影响到年老代。因为大部分对象都是从Eden区开始的，同时Eden区不会分配的很大，所以Eden区的GC会频繁进行。因而，一般在这里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden去能尽快空闲出来。

Full GC

对整个堆进行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC因为需要对整个对进行回收，所以比Scavenge GC要慢，因此应该尽可能减少Full GC的次数。在对JVM调优的过程中，很大一部分工作就是对于FullGC的调节。有如下原因可能导致Full GC：

· 年老代（Tenured）被写满

· 持久代（Perm）被写满

· System.gc()被显示调用

·上一次GC之后Heap的各域分配策略动态变化

方法区

1、线程共享。

2、存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态代码、jit后的代码等。

3、HotSpot中，方法区也被称为“永久代”，被GC管理。

运行时常量池：存放编译期生成的各种字面量和符号引用。可以是编辑期常量也可以是运行期生成的常量，如String的intern()方法。

直接内测

NIO引入的通道（channel）和缓存区（buffer）的I/O方式，可以使用Native函数在堆外分配内存，在java堆中通过DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。

JVM对象

对象创建（new）

1、检测指令的参数能否在常量池中定位到一个类的符号引用。

2、检测这个符号引用代表的类是否被加载、链接、初始化，如果没有先进行类加载。

3、为新生对象分配内存。

根据java heap是否规整，通过指针碰撞（Bump the pointer）或空闲列表（Free list）分配内存。

内存是否规整，取决于GC是否有压缩整理功能。

4、对对象进行必要设置，这些设置信息存放在对象头中。

执行完new以后执行<init>，完成对象的初始化。

对象的内存结构

对象头

1、包含两部分数据：

Mark Word：第一部分存放对象自身的运行时数据：hashcode、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁等。

类型指针：对象是哪个类的实例。

数组长度：如果是数组，记录数组长度。

实例数据

1、存放字段数据。

2、存放顺序：与虚拟机分配策略和java源码顺序相关。

HotSpot分配策略：longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oops。

对齐填充

1、对象的起始地址必须是8字节的整数倍（对象大小=8字节*整数），而对象头正好是8字节的整数倍，当对象实例数据没有对齐时，需要通过对齐填充来补全。

对象访问

定位

1、通过栈上的reference数据来操作堆上的具体对象。

2、reference类型：一个指向对象的引用。在各虚拟机实现中通过使用句柄和直接指针两种方式访问堆中对象。

JDK1.2以后引用分为：强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虚引用（Phantom Reference）。

四种引用强度依次逐渐解弱。

强引用

Object obj = new Object()。

只要存在强引用，就不会被GC回收。

软引用

还有用但并非必要的对象。

弱引用

强度比软引用弱。

虚引用

也称为幽灵引用

使用句柄

这个时候，Java堆上会划分一块内存作为句柄池，reference中存储的是对象的句柄地址，而句柄中又包含了对象实例数据和类型数据各自的具体地址，见下图 

句柄的好处：reference中存储的是稳定的句柄地址，对象被移动的时候，只会改变句柄中实例数据指针，reference本身不需要被修改 
直接指针

这个时候，reference存放的就是对象的地址，但是Java堆上的对象的布局就必须考虑如何存放对象类型数据的信息，见下图

指针的好处：指针的好处就是速度快，因为它的地址就是对象的地址，节省了一次指针定位的时间开销，随着对象访问的频繁，这种开销积少成多很可观

HotSpot使用直接指针。

自动内存管理

内存分配

1、对象优先分配在新生代的Eden区。

2、如果Eden区空间不足，虚拟机发起一次 新生代GC（Minor GC）。

3、大对象之间进入老生代。

4、长期存活的对象进入老年代。

5、对象年龄：对象经过一次Minor GC算一岁，默认15岁进入老年代。

对象第一次经过Minor GC，从Eden进入Survivor，在Survivor中熬过一次Minor GC年龄增加1岁。

6、动态对象年龄

如果Suivivor中相同年龄所有对象总和大于Suivivor空间的1/2，年龄大于或等于该年龄的对象直接进入老年代。

内存回收

程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈生命周期同线程，随着线程结束内存自然回收。所以这里主要关注java heap和方法区的内存回收。

1、引用计数算法

比较古老的回收算法。原理是此对象有一个引用，即增加一个计数，删除一个引用则减少一个计数。垃圾回收时，只用收集计数为0的对象。此算法最致命的是无法处理循环引用的问题。

2、可达性分析（java，c#，List）

1）、通过一系列“GC Roots”的对象作为起始点，从这些点开始向下搜索。

2）、搜索的路径称为引用链（reference chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链，证明对象不可达，将被GC回收。

3）、GC Roots对象：

①虚拟机栈帧中的本地变量表中引用的对象。

②方法区中类静态属性引用的对象。

③方法区中常量引用的对象。

④本地方法栈中JNI引用的对象。

3、对象死亡

真正宣告死亡，需要至少两次标记。

1）、第一次标记：可达性标记后没有与GC Roots相连接的引用链。

2）、第一次筛选：是否有必要执行finalize()方法，如果要执行finalize（）方法，对象被放到F-Queue队列中，由虚拟机自动执行。

3）、第二次标记：GC对F-Queue中的对象进行标记，判断是否与GC Roots可达。

4、方法区回收（持久代回收）

1）、废弃常量

以String为例，没有任何String对象引用常量池中的”abc“常量。

2）、无用的类

同时满足下面三个条件：

①该类的所有实例都已被回收。

②加载该类的ClassLoader已经被回收。

③该类对应的java.lang.class对象没有在任何地方被引用，无法再任何地方通过反射访问该类的方法。

GC算法

标记-清除算法

复制算法

标记-整理算法

分代收集算法

当前主流虚拟机采用的算法。

参考：http://pengjiaheng.iteye.com/blog/520228

垃圾收集器

HotSpot中的7中收集器。

没有最好的收集器，只有针对具体应用最合适的收集器。

参考：http://blog.csdn.net/canot/article/details/51050824

G1收集器：JDK1.7u14以后的HotSpot虚拟机

参考：http://blog.csdn.net/zhanggang807/article/details/45956325

参考

http://pengjiaheng.iteye.com/blog/524024

http://blog.csdn.net/hhb200766/article/details/46912325