体系结构
字节码
我们平时说的java字节码，指的是用java语言编译成的字节码。准确的说任何能在jvm平台上执行的字节码格式都是一样的。所以应该统称为：jvm字节码。
不同的编译器，可以编译出相同的字节码文件，字节码文件也可以在不同的JVM上运行。
Java虚拟机与Java语言并没有必然的联系，它只与特定的二进制文件格式—Class文件格式所关联，Class文件中包含了Java虚拟机指令集（或者称为字节码、Bytecodes）和符号表，还有一些其他辅助信息。
虚拟机与 Java 虚拟机
虚拟机
所谓虚拟机（Virtual Machine），就是一台虚拟的计算机。它是一款软件，用来执行一系列虚拟计算机指令。大体上，虚拟机可以分为系统虚拟机和程序虚拟机。
大名鼎鼎的 Visual Box，Mware 就属于系统虚拟机，它们完全是对物理计算机的仿真，提供了一个可运行完整操作系统的软件平台。
程序虚拟机的典型代表就是 Java 虚拟机，它专门为执行单个计算机程序而设计，在 Java 虚拟机中执行的指令我们称为 Java 字节码指令。
无论是系统虚拟机还是程序虚拟机，在上面运行的软件都被限制于虚拟机提供的资源中。
Java 虚拟机
Java 虚拟机是一台执行 Java 字节码的虚拟计算机，它拥有独立的运行机制，其运行的 Java 字节码也未必由 Java 语言编译而成。
JVM 平台的各种语言可以共享 Java 虚拟机带来的跨平台性、优秀的垃圾回器，以及可靠的即时编译器。
Java 技术的核心就是 Java 虚拟机（JVM，Java Virtual Machine），因为所有的 Java 程序都运行在 Java 虚拟机内部。
作用
Java 虚拟机就是二进制字节码的运行环境，负责装载字节码到其内部，解释/编译为对应平台上的机器指令执行。每一条 Java 指令，Java 虚拟机规范中都有详细定义，如怎么取操作数，怎么处理操作数，处理结果放在哪里。
特点
一次编译，到处运行
自动内存管理
自动垃圾回收功能
JVM 的位置
JVM 是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互
JVM的整体结构
HotSpot VM 是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一。
它采用解释器与即时编译器并存的架构。
在今天，Java 程序的运行性能早已脱胎换骨，已经达到了可以和 C/C++程序一较高下的地步。
Java代码执行流程
java程序（编译）–>字节码文件（解释执行）–>操作系统（Win，Linux，Mac JVM）
体系结构
.java 源文件通过前端编译器（如javac） 编译成.class字节码文件 由后端编译器（java Api，JVM）解释执行
类装载：加载-->链接-->初始化
ClassLoader：Java 代码编译成二进制后，会经过类加载器，这样才能加载到 JVM 中运行。
Method Area：类是放在方法区中。
Heap：类的实例对象。
当类调用方法时，会用到 JVM Stack、PC Register、本地方法栈。
方法执行时的每行代码是有执行引擎中的解释器逐行执行，方法中的热点代码频繁调用的方法，由 JIT 编译器优化后执行，GC 会对堆中不用的对象进行回收。需要和操作系统打交道就需要使用到本地方法接口。
JVM的架构模型
Java 编译器输入的指令流基本上是一种基于栈的指令集架构，另外一种指令集架构则是基于寄存器的指令集架构。
具体来说：这两种架构之间的区别：
基于栈式架构的特点
- 设计和实现更简单，适用于资源受限的系统
- 避开了寄存器的分配难题：使用零地址指令方式分配
- 指令流中的指令大部分是零地址指令，其执行过程依赖于操作栈。指令集更小，编译器容易实现
- 不需要硬件支持，可移植性更好，更好实现跨平台
基于寄存器架构的特点
- 典型的应用是 x86 的二进制指令集：比如传统的 PC 以及 Android 的 Davlik 虚拟机
- 指令集架构则完全依赖硬件，可移植性差
- 性能优秀和执行更高效
- 花费更少的指令去完成一项操作
- 在大部分情况下，基于寄存器架构的指令集往往都以一地址指令、二地址指令和三地址指令为主，而基于栈式架构的指令集却是以零地址指令为主
举例 1
public class StackStruTest {
public static void main(String[] args) {
//int i = 2 + 3;
int i = 2;
int j = 3;
int k = i + j;
}
}
然后我们找到编译后的 class文件，使用下列命令进行反编译
javap -v StackStruTest.class
同样执行 2+3 这种逻辑操作，其指令分别如下：
基于栈的计算流程（以 Java 虚拟机为例）：
iconst_2 //常量2入栈
istore_1
iconst_3 // 常量3入栈
istore_2
iload_1
iload_2
iadd //常量2/3出栈，执行相加
istore_0 // 结果5入栈
而基于寄存器的计算流程
mov eax,2 //将eax寄存器的值设为1
add eax,3 //使eax寄存器的值加3
举例 2
public int calc(){
int a=100;
int b=200;
int c=300;
return (a + b) * c;
}
> javap -c Test.class
...
public int calc();
Code:
Stack=2,Locals=4,Args_size=1
0: bipush 100
2: istore_1
3: sipush 200
6: istore_2
7: sipush 300
10: istore_3
11: iload_1
12: iload_2
13: iadd
14: iload_3
15: imul
16: ireturn
}
总结
由于跨平台性的设计，Java 的指令都是根据栈来设计的。不同平台 CPU 架构不同，所以不能设计为基于寄存器的。优点是跨平台，指令集小，编译器容易实现，缺点是性能下降，实现同样的功能需要更多的指令。
时至今日，尽管嵌入式平台已经不是 Java 程序的主流运行平台了（准确来说应该是 HotSpotVM 的宿主环境已经不局限于嵌入式平台了），那么为什么不将架构更换为基于寄存器的架构呢？
jvm生命周期
1.启动
通过引导类加载器（bootstrap class loader）创建一个初始类（initial class）来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的.
2.执行
一个运行中的java虚拟机有着一个清晰的任务：执行Java程序；
程序开始执行的时候他才运行，程序结束时他就停止；
执行一个所谓的Java程序的时候，真真正正在执行的是一个叫做Java虚拟机的进程。
3.退出
程序正常执行结束
程序异常或错误而异常终止
操作系统错误导致终止
某线程调用Runtime类或System类的exit方法，或Runtime类的halt方法，并且java安全管理器也允许这次exit或halt操作
除此之外，JNI规范描述了用JNI Invocation API来加载或卸载Java虚拟机时，Java虚拟机的退出情况
类加载子系统
内存结构概述
- Class 文件
- 类加载子系统
- 运行时数据区
- 方法区
- 堆
- 程序计数器
- 虚拟机栈
- 本地方法栈
- 执行引擎
- 本地方法接口
- 本地方法库
JVM架构图
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7WBuvllQ-1648379865711)(Pic/5f06cd7e27506a91940c7b87e01d0b46.png)]
类加载器与类的加载过程
类加载器子系统作用
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-j9KIOo87-1648379865714)(Pic/3569bfb903e80b66ee7e972a6b4a5036.png)]
类加载子系统负责从文件系统或者网络中加载Class文件，class文件在文件开头有特定的文件标识；
ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定
加载的类信息存放于一块成为方法区的内存空间。除了类信息之外，方法区还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）
类加载器角色
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-J6kavZph-1648379865715)(Pic/e8172076eaa7a152408633a353f06b2c.png)]
- class file 存在于本地硬盘上，可以理解为设计师画在纸上的模板，而最终这个模板在执行的时候是要加载到 JVM 当中来根据这个文件实例化出 n 个一模一样的实例。
- class file 加载到 JVM 中，被称为 DNA 元数据模板，放在方法区。
- 在.class 文件->JVM->最终成为元数据模板，此过程就要一个运输工具（类装载器 Class Loader），扮演一个快递员的角色。
类的加载过程
/**
*示例代码
*/
public class HelloLoader {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello World!");
}
}
用流程图表示上述示例代码：
加载阶段
通过一个类的全限定明获取定义此类的二进制字节流；
将这个字节流所代表的的静态存储结构转化为方法区的运行时数据；
在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口
补充：加载 class 文件的方式
- 从本地系统中直接加载
- 通过网络获取，典型场景：Web Applet
- 从 zip压缩包中读取，成为日后 jar、war 格式的基础
- 运行时计算生成，使用最多的是：动态代理技术
- 由其他文件生成，典型场景：JSP 应用
- 从专有数据库中提取.class 文件，比较少见
- 从加密文件中获取，典型的防 Class 文件被反编译的保护措施
链接阶段
- 验证（Verify）：
- 目的在子确保 Class 文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全。
- 主要包括四种验证，文件格式验证，元数据验证，字节码验证，符号引用验证。
- 准备（Prepare）：
- 为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始值，即零值。
- 这里不包含用 final 修饰的 static，因为 final 在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式初始化；
- 这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到 Java 堆中。
- 解析（Resolve）：
- 将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程。
- 事实上，解析操作往往会伴随着 JVM 在执行完初始化之后再执行。
- 符号引用就是一组符号来描述所引用的目标。符号引用的字面量形式明确定义在《java 虚拟机规范》的 Class 文件格式中。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。
- 解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。对应常量池中的 CONSTANT_Class_info，CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info 等。
初始化阶段
- 初始化阶段就是执行类构造器方法()的过程。
- 此方法不需定义，是 javac 编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。
- 构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行。
- ()不同于类的构造器。（关联：构造器是虚拟机视角下的()）
- 若该类具有父类，JVM 会保证子类的()执行前，父类的()已经执行完毕。
- 虚拟机必须保证一个类的()方法在多线程下被同步加锁。
举例1
public class ClassInitTest {
private static int num = 1;
static{
num = 2;
number = 20;
System.out.println(num);
//System.out.println(number);//报错：非法的前向引用。
}
private static int number = 10; //linking之prepare: number = 0 -> initial: 20 -> 10
public static void main(String[] args) {
System.out.println(ClassInitTest.num); // 2
System.out.println(ClassInitTest.number); // 10
}
}
结果：
2
10
通过jclasslib可以查看其内部执行过程
举例2
JVM会保证父类的()首先执行
public class ClinitTest1 {
static class Father{
public static int A = 1;
static{ A = 2; }
}
static class Son extends Father{
public static int B = A;
}
public static void main(String[] args) {
//加载Father类，其次加载Son类。
System.out.println(Son.B);//2
}
}
举例3
虚拟机必须保证一个类的()方法在多线程下被同步加锁，并且只会被加载一次
public class DeadThreadTest {
public static void main(String[] args) {
Runnable r = () -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始");
DeadThread dead = new DeadThread();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束");
};
Thread t1 = new Thread(r,"线程1");
Thread t2 = new Thread(r,"线程2");
t1.start();
t2.start();
}
}
class DeadThread{
static{
if(true){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "初始化当前类");
while(true){
}
}
}
}
结果：
线程1开始
线程2开始
线程1初始化当前类
线程2结束
线程1结束
类加载器分类
JVM支持两种类型的加载器，分别为引导类加载器（BootStrap ClassLoader）和自定义类加载器（User-Defined ClassLoader）
从概念上来讲，自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器，但是java虚拟机规范却没有这么定义，而是将所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器。
无论类加载器的类型如何划分，在程序中我们最常见的类加载器始终只有三个，如下所示：
我们通过一个类，获取它不同的加载器
public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
//获取系统类加载器
ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
//获取其上层：扩展类加载器
ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();
System.out.println(extClassLoader);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1540e19d
//获取其上层：获取不到引导类加载器
ClassLoader bootstrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
System.out.println(bootstrapClassLoader);//null
//对于用户自定义类来说：默认使用系统类加载器进行加载
ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
//String类使用引导类加载器进行加载的。---> Java的核心类库都是使用引导类加载器进行加载的。
ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader1);//null
}
}
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1540e19d
null
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
null
得到的结果，从结果可以看出 根加载器无法直接通过代码获取，同时目前用户代码所使用的加载器为系统类加载器。同时我们通过获取String类型的加载器，发现是null，那么说明String类型是通过根加载器进行加载的，也就是说Java的核心类库都是使用根加载器进行加载的。
虚拟机自带的加载器
1、启动类加载器（引导类加载器，Bootstrap ClassLoader）
- 这个类加载使用 C/C++语言实现的，嵌套在 JVM 内部。
- 它用来加载 Java 的核心库（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar 或 sun.boot.class.path 路径下的内容），用于提供 JVM 自身需要的类
- 并不继承自 ava.lang.ClassLoader，没有父加载器。
- 加载扩展类和应用程序类加载器，并指定为他们的父类加载器。
- 出于安全考虑，Bootstrap 启动类加载器只加载包名为 java、javax、sun 等开头的类
2、扩展类加载器（Extension ClassLoader）
- Java 语言编写，由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现。
- 派生于 ClassLoader 类
- 父类加载器为启动类加载器
- 从 java.ext.dirs 系统属性所指定的目录中加载类库，或从 JDK 的安装目录的 jre/1ib/ext 子目录（扩展目录）下加载类库。如果用户创建的 JAR 放在此目录下，也会自动由扩展类加载器加载。
3、应用程序类加载器（系统类加载器，AppClassLoader）
- java 语言编写，由 sun.misc.LaunchersAppClassLoader 实现
- 派生于 ClassLoader 类
- 父类加载器为扩展类加载器
- 它负责加载环境变量 classpath 或系统属性 java.class.path 指定路径下的类库
- 该类加载是程序中默认的类加载器，一般来说，Java 应用的类都是由它来完成加载
- 通过 ClassLoader#getSystemclassLoader() 方法可以获取到该类加载器
加载器加载内容
public class ClassLoaderTest1 {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("------------启动类加载器------------");
//获取BootstrapClassLoader能够加载的api的路径
URL[] urLs = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (URL element : urLs) {
System.out.println(element.toExternalForm());
}
//从上面的路径中随意选择一个类,来看看他的类加载器是什么:引导类加载器
ClassLoader classLoader = Provider.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader);
System.out.println("------------扩展类加载器------------");
String extDirs = System.getProperty("java.ext.dirs");
for (String path : extDirs.split(";")) {
System.out.println(path);
}
//从上面的路径中随意选择一个类,来看看他的类加载器是什么:扩展类加载器
ClassLoader classLoader1 = CurveDB.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader1);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1540e19d
}
}
**结果：**
------------启动类加载器------------
file:/D:/Java/jdk1.8.0_231/jre/lib/resources.jar
file:/D:/Java/jdk1.8.0_231/jre/lib/rt.jar
file:/D:/Java/jdk1.8.0_231/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/D:/Java/jdk1.8.0_231/jre/lib/jsse.jar
file:/D:/Java/jdk1.8.0_231/jre/lib/jce.jar
file:/D:/Java/jdk1.8.0_231/jre/lib/charsets.jar
file:/D:/Java/jdk1.8.0_231/jre/lib/jfr.jar
file:/D:/Java/jdk1.8.0_231/jre/classes
null
------------扩展类加载器------------
D:\Java\jdk1.8.0_231\jre\lib\ext
C:\WINDOWS\Sun\Java\lib\ext
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@12a3a380
用户自定义类加载器
在Java的日常应用程序开发中，类的加载几乎是由上述3种类加载器相互配合执行的，在必要时，我们还可以自定义类加载器，来定制类的加载方式。
为什么要自定义类加载器？
- 隔离加载类
- 修改类加载的方式
- 扩展加载源
- 防止源码泄漏
用户自定义类加载器实现步骤：
- 开发人员可以通过继承抽象类ava.1ang.ClassLoader类的方式，实现自己的类加载器，以满足一些特殊的需求
- 在JDK1.2之前，在自定义类加载器时，总会去继承ClassLoader类并重写loadClass（）方法，从而实现自定义的类加载类，但是在JDK1.2之后已不再建议用户去覆盖1oadclass（）方法，而是建议把自定义的类加载逻辑写在findclass（）方法中
- 在编写自定义类加载器时，如果没有太过于复杂的需求，可以直接继承URIClassLoader类，这样就可以避免自己去编写findclass（）方法及其获取字节码流的方式，使自定义类加载器编写更加简洁。
public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] result = getClassFromCustomPath(name);
if(result == null){
throw new FileNotFoundException();
}else{
return defineClass(name,result,0,result.length);
}
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
throw new ClassNotFoundException(name);
}
private byte[] getClassFromCustomPath(String name){
//从自定义路径中加载指定类:细节略
//如果指定路径的字节码文件进行了加密，则需要在此方法中进行解密操作。
return null;
}
public static void main(String[] args) {
CustomClassLoader customClassLoader = new CustomClassLoader();
try {
Class<?> clazz = Class.forName("One",true,customClassLoader);
Object obj = clazz.newInstance();
System.out.println(obj.getClass().getClassLoader());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
ClassLoader的使用说明
1、ClassLoader类，它是一个抽象类，其后所有的类加载器都继承自ClassLoader（不包括启动类加载器）
2、ClassLoader继承关系
拓展类加载器和系统类加载器间接继承于ClassLoader抽象类
3、获取ClassLoader的途径
- 方式一：获取当前类的ClassLoader：class.getClassLoader()
- 方式二：获取当前线程上下文的ClassLoader：Thread.current().getContextLoader()
- 方式三：获取系统的ClassLoader：ClassLoader.getSystemClassLoader()
- 方式四：获取调用者的ClassLoader：DriverManager.getCallerClassLoader()
public class ClassLoaderTest2 {
public static void main(String[] args) {
try {
//1.
ClassLoader classLoader = Class.forName("java.lang.String").getClassLoader();
System.out.println(classLoader);
//2.
ClassLoader classLoader1 = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
System.out.println(classLoader1);
//3.
ClassLoader classLoader2 = ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent();
System.out.println(classLoader2);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
**结果：**
null
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1b6d3586
双亲委派机制
Java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将她的class文件加载到内存生成的class对象。而且加载某个类的class文件时，java虚拟机采用的是双亲微拍模式，即把请求交由父类处理，它是一种任务委派模式
一个问题？在当前模块下，创建一个java.lang.String类，并使用，会使用我们创建的String吗？
public class String {
//
static{
System.out.println("我是自定义的String类的静态代码块");
}
// //错误: 在类 java.lang.String 中找不到 main 方法
// public static void main(String[] args) {
// System.out.println("hello,String");
// }
}
public class StringTest {
public static void main(String[] args) {
java.lang.String str = new java.lang.String();
System.out.println("hello,atguigu.com");
StringTest test = new StringTest();
System.out.println(test.getClass().getClassLoader());
}
}
结果：
hello,atguigu.com
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
从运行的结果看，是不会运行我们自定义的String的，原因就是因为双亲委派机制。
1、双亲委派机制工作原理
- 如果一个类加载器收到了类加载请求，它并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父类的加载器去执行；
- 如果父类加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，依次递归，请求最终将到达顶层的启动类加载器；
- 如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，倘若父类加载器无法完成此加载任务，子加载器才会尝试自己去加载，这就是双亲委派模式。
举例
当我们加载 jdbc.jar 用于实现数据库连接的时候，首先我们需要知道的是 jdbc.jar 是基于 SPI 接口进行实现的，所以在加载的时候，会进行双亲委派，最终从根加载器中加载 SPI 核心类，然后在加载 SPI 接口类，接着在进行反向委派，通过线程上下文类加载器进行实现类 jdbc.jar 的加载。
优势
- 避免类的重复加载
- 保护程序安全，防止核心 API 被随意篡改
- 自定义类：java.lang.String
- 自定义类：java.lang.ShkStart（报错：阻止创建 java.lang 开头的类）
例
如图，虽然我们自定义了一个java.lang包下的String尝试覆盖核心类库中的String，但是由于双亲委派机制，启动加载器会加载java核心类库的String类（BootStrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类），而核心类库中的String并没有main方法
package java.lang;
public class ShkStart {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("hello!");
}
}
沙箱安全机制
自定义 String 类，但是在加载自定义 String 类的时候会率先使用引导类加载器加载，而引导类加载器在加载的过程中会先加载 jdk 自带的文件（rt.jar 包中 java\lang\String.class），报错信息说没有 main 方法，就是因为加载的是 rt.jar 包中的 string 类。这样可以保证对 java 核心源代码的保护，这就是沙箱安全机制。
其他
如何判断两个class对象是否相同
在JVM中表示两个class对象是否为同一个类存在两个必要条件：
- 类的完整类名必须一致，包括包名。
- 加载这个类的ClassLoader（指ClassLoader实例对象）必须相同。
换句话说，在JvM中，即使这两个类对象（class对象）来源同一个Class文件，被同一个虚拟机所加载，但只要加载它们的ClassLoader实例对象不同，那么这两个类对象也是不相等的。
对加载器的引用
JVM必须知道一个类型是由启动加载器加载的还是由用户类加载器加载的。如果一个类型是由用户类加载器加载的，那么JVM会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区中。当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，JVM需要保证这两个类型的类加载器是相同的。
类的主动使用和被动使用
Java程序对类的使用方式分为：王动使用和被动使用。 主动使用，又分为七种情况：
- 创建类的实例
- 访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
- 调用类的静态方法I
- 反射（比如：Class.forName（“com.atguigu.Test”））
- 初始化一个类的子类
- Java虚拟机启动时被标明为启动类的类
- JDK7开始提供的动态语言支持：
- java.lang.invoke.MethodHandle实例的解析结果REF getStatic、REF putStatic、REF invokeStatic句柄对应的类没有初始化，则初始化
除了以上七种情况，其他使用Java类的方式都被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化。
运行时数据区
概述
本节主要是运行时数据区，也就是下图这部分，它是在类加载完成后的阶段
当我们通过前面的：类的加载-> 验证 -> 准备 -> 解析 -> 初始化 这几个阶段完成后，就会用到执行引擎对我们的类进行使用，同时执行引擎将会使用到我们运行时数据区
内存是非常重要的系统资源，是硬盘和cpu的中间仓库及桥梁，承载着操作系统和应用程序的实时运行。JVM内存布局规定了JAVA在运行过程中内存申请、分配、管理的策略，保证了JVM的高效稳定运行。不同的jvm对于内存的划分方式和管理机制存在着部分差异（对于Hotspot主要指方法区）
我们通过磁盘或者网络 IO 得到的数据，都需要先加载到内存中，然后 CPU 从内存中获取数据进行读取，也就是说内存充当了 CPU 和磁盘之间的桥梁
运行时数据区的完整图
Java虚拟机定义了若干种程序运行期间会使用到的运行时数据区，其中有一些会随着虚拟机启动而创建，随着虚拟机退出而销毁。另外一些则是与线程一一对应的，这些与线程对应的数据区域会随着线程开始和结束而创建和销毁。
灰色的为单独线程私有的，红色的为多个线程共享的。即：
- 每个线程：独立包括程序计数器、栈、本地栈。
- 线程间共享：堆、堆外内存（永久代或元空间、代码缓存）
GC调优95%都在堆区，5%在方法区（JDK8之前叫做永久代，JDK8及以后叫做元空间）
每个 JVM 只有一个 Runtime 实例。即为运行时环境，相当于内存结构的中间的那个框框：运行时环境。
线程
线程是一个程序里的运行单元。JVM 允许一个应用有多个线程并行的执行。 在 Hotspot JVM 里，每个线程都与操作系统的本地线程直接映射。
当一个 Java 线程准备好执行以后，此时一个操作系统的本地线程也同时创建。Java 线程执行终止后，本地线程也会回收。
操作系统负责所有线程的安排调度到任何一个可用的 CPU 上。一旦本地线程初始化成功，它就会调用 Java 线程中的 run()方法。
JVM系统线程
如果你使用 console 或者是任何一个调试工具，都能看到在后台有许多线程在运行。这些后台线程不包括调用public static void main(String[] args)的 main 线程以及所有这个 main 线程自己创建的线程。
这些主要的后台系统线程在 Hotspot JVM 里主要是以下几个：
- 虚拟机线程：这种线程的操作是需要 JVM 达到安全点才会出现。这些操作必须在不同的线程中发生的原因是他们都需要 JVM 达到安全点，这样堆才不会变化。这种线程的执行类型包括"stop-the-world"的垃圾收集，线程栈收集，线程挂起以及偏向锁撤销。
- 周期任务线程：这种线程是时间周期事件的体现（比如中断），他们一般用于周期性操作的调度执行。
- GC 线程：这种线程对在 JVM 里不同种类的垃圾收集行为提供了支持。
- 编译线程：这种线程在运行时会将字节码编译成到本地代码。
- 信号调度线程：这种线程接收信号并发送给 JVM，在它内部通过调用适当的方法进行处理。
程序计数器
介绍
JVM中的程序计数寄存器（Program Counter Register）中，Register的命名源于CPU的寄存器，寄存器存储指令相关的现场信息。CPU只有把数据装载到寄存器才能够运行。这里，并非是广义上所指的物理寄存器，或许将其翻译为PC计数器（或指令计数器）会更加贴切（也称为程序钩子），并且也不容易引起一些不必要的误会。JVM中的PC寄存器是对物理PC寄存器的一种抽象模拟。
作用
PC 寄存器用来存储指向下一条指令的地址，也即将要执行的指令代码。由执行引擎读取下一条指令。
它是一块很小的内存空间，几乎可以忽略不记。也是运行速度最快的存储区域。
在JVM规范中，每个线程都有它自己的程序计数器，是线程私有的，生命周期与线程的生命周期保持一致。
任何时间一个线程都只有一个方法在执行，也就是所谓的当前方法。程序计数器会存储当前线程正在执行的Java方法的JVM指令地址；或者，如果是在执行native方法，则是未指定值（undefned）。
它是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。
它是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何outotMemoryError情况的区域。
举例说明
public int minus(){
intc = 3;
intd = 4;
return c - d;
}
字节码文件：
0: iconst_3
1: istore_1
2: iconst_4
3: istore_2
4: iload_1
5: iload_2
6: isub
7: ireturn
通过PC寄存器，我们就可以知道当前程序执行到哪一步了
利用javap -v xxx.class反编译字节码文件，查看指令等信息
3、面试常问
1）使用PC寄存器存储字节码指令地址有什么用呢？/为什么使用PC寄存器记录当前线程的执行地址呢？
因为CPU需要不停的切换各个线程，这时候切换回来以后，就得知道接着从哪开始继续执行
JVM的字节码解释器就需要通过改变PC寄存器的值来明确下一条应该执行什么样的字节码指令
2）PC寄存器为什么会设定为线程私有
我们都知道所谓的多线程在一个特定的时间段内只会执行其中某一个线程的方法，CPU会不停滴做任务切换，这样必然会导致经常中断或恢复，如何保证分毫无差呢？为了能够准确地记录各个线程正在执行的当前字节码指令地址，最好的办法自然是为每一个线程都分配一个PC寄存器,这样一来各个线程之间便可以进行独立计算，从而不会出现相互干扰的情况。
由于CPU时间片轮限制，众多线程在并发执行过程中，任何一个确定的时刻，一个处理器或者多核处理器中的一个内核，只会执行某个线程中的一条指令。
这样必然导致经常中断或恢复，如何保证分毫无差呢？每个线程在创建后，都会产生自己的程序计数器和栈帧，程序计数器在各个线程之间互不影响。
CPU时间片
CPU时间片即CPU分配各各个程序的时间，每个线程被分配一个时间段。称作它的时间片。
在宏观上：我们可以同时打开多个应用程序，每个程序并行不悖，同时运行。
但在微观上：由于只有一个CPU，一次只能处理程序要求的一部分，如何处理公平，一种方法就是引入时间片，每个程序轮流执行。
虚拟机栈
虚拟机栈概述
虚拟机栈出现的背景
由于跨平台性的设计，Java 的指令都是根据栈来设计的。不同平台 CPU 架构不同，所以不能设计为基于寄存器的。
优点是跨平台，指令集小，编译器容易实现，缺点是性能下降，实现同样的功能需要更多的指令。
定义
每个线程运行需要的内存空间，称为虚拟机栈
每个栈由多个栈帧（Frame）组成，对应着每次调用方法时所占用的内存
每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的方法
初步印象
有不少 Java 开发人员一提到 Java 内存结构，就会非常粗粒度地将 JVM 中的内存区理解为仅有 Java 堆（heap）和 Java 栈（stack）？为什么？
内存中的栈与堆
栈是运行时的单位，而堆是存储的单位
- 栈解决程序的运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据。
- 堆解决的是数据存储的问题，即数据怎么放，放哪里
一般来讲，对象主要都是放在堆空间的，是运行时数据区比较大的一块
栈空间存放基本数据类型的局部变量，以及引用数据类型的对象的引用
虚拟机栈基本内容
Java 虚拟机栈是什么？
Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack），早期也叫 Java 栈。每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧（Stack Frame），对应着一次次的 Java 方法调用，是线程私有的。
生命周期
生命周期和线程一致
作用
主管 Java 程序的运行，它保存方法的局部变量、部分结果，并参与方法的调用和返回。
栈的特点
栈是一种快速有效的分配存储方式，访问速度仅次于罹序计数器。
JVM 直接对 Java 栈的操作只有两个：
- 每个方法执行，伴随着进栈（入栈、压栈）
- 执行结束后的出栈工作
对于栈来说不存在垃圾回收问题（栈存在溢出的情况）
对于程序寄存器：不存在GC、不存在OOM
对于虚拟机栈：不存在GC、只存在OOM
对于堆和方法区：存在GC、存在OOM
面试题：开发中遇到哪些异常？
栈中可能出现的异常
Java 虚拟机规范允许Java 栈的大小是动态的或者是固定不变的。
- 如果采用固定大小的 Java 虚拟机栈，那每一个线程的 Java 虚拟机栈容量可以在线程创建的时候独立选定。如果线程请求分配的栈容量超过 Java 虚拟机栈允许的最大容量，Java 虚拟机将会抛出一个StackOverflowError 异常。
- 如果 Java 虚拟机栈可以动态扩展，并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存，或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈，那 Java 虚拟机将会抛出一个 OutOfMemoryError 异常。
public class StackErrorTest {
private static int count = 1;
public static void main(String[] args) {
main(args);
}
}
设置栈内存大小
我们可以使用参数 -Xss 选项来设置线程的最大栈空间，栈的大小直接决定了函数调用的最大可达深度
idea设置运行时参数：Run—>Edit Configurations 找到当前程序，在VM options中写入参数即可
public class StackDeepTest{
private static int count=0;
public static void recursion(){
count++;
recursion();
}
public static void main(String args[]){
try{
recursion();
} catch (Throwable e){
System.out.println("deep of calling="+count);
e.printstackTrace();
}
}
}
栈的存储单位
栈中存储什么
每个线程都有自己的栈，栈中的数据都是以栈帧（Stack Frame）的格式存在。
在这个线程上正在执行的每个方法都各自对应一个栈帧（Stack Frame）。
栈帧是一个内存区块，是一个数据集，维系着方法执行过程中的各种数据信息。
栈运行原理
JVM 直接对 Java 栈的操作只有两个，就是对栈帧的压栈和出栈，遵循“先进后出”/“后进先出”原则。
在一条活动线程中，一个时间点上，只会有一个活动的栈帧。即只有当前正在执行的方法的栈帧（栈顶栈帧）是有效的，这个栈帧被称为当前栈帧（Current Frame），与当前栈帧相对应的方法就是当前方法（Current Method），定义这个方法的类就是当前类（Current Class）。
执行引擎运行的所有字节码指令只针对当前栈帧进行操作。
如果在该方法中调用了其他方法，对应的新的栈帧会被创建出来，放在栈的顶端，成为新的当前帧。
不同线程中所包含的栈帧是不允许存在相互引用的，即不可能在一个栈帧之中引用另外一个线程的栈帧。
如果当前方法调用了其他方法，方法返回之际，当前栈帧会传回此方法的执行结果给前一个栈帧，接着，虚拟机会丢弃当前栈帧，使得前一个栈帧重新成为当前栈帧。
Java 方法有两种返回函数的方式，一种是正常的函数返回，使用 return 指令；另外一种是抛出异常。不管使用哪种方式，都会导致栈帧被弹出。
栈帧的内部结构
每个栈帧中存储着：
- 局部变量表（Local Variables）
- 操作数栈（operand Stack）（或表达式栈）
- 动态链接（DynamicLinking）（或指向运行时常量池的方法引用）
- 方法返回地址（Return Address）（或方法正常退出或者异常退出的定义）
- 一些附加信息
并行每个线程下的栈都是私有的，因此每个线程都有自己各自的栈，并且每个栈里面都有很多栈帧，栈帧的大小主要由局部变量表 和 操作数栈决定的
局部变量表
局部变量表也被称之为局部变量数组或本地变量表
- 定义为一个数字数组，主要用于存储方法参数和定义在方法体内的局部变量，这些数据类型包括各类基本数据类型、对象引用（reference），以及 returnAddress 类型。
- 由于局部变量表是建立在线程的栈上，是线程的私有数据，因此不存在数据安全问题
- 局部变量表所需的容量大小是在编译期确定下来的，并保存在方法的 Code 属性的 maximum local variables 数据项中。在方法运行期间是不会改变局部变量表的大小的。
- 方法嵌套调用的次数由栈的大小决定。一般来说，栈越大，方法嵌套调用次数越多。对一个函数而言，它的参数和局部变量越多，使得局部变量表膨胀，它的栈帧就越大，以满足方法调用所需传递的信息增大的需求。进而函数调用就会占用更多的栈空间，导致其嵌套调用次数就会减少。
- 局部变量表中的变量只在当前方法调用中有效。在方法执行时，虚拟机通过使用局部变量表完成参数值到参数变量列表的传递过程。当方法调用结束后，随着方法栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁。
代码演示
public class LocalVariablesTest {
private int count = 0;
public static void main(String[] args) {
LocalVariablesTest test = new LocalVariablesTest();
int num = 10;
test.test1();
}
// 练习：
public static void testStatic() {
LocalVariablesTest test = new LocalVariablesTest();
Date date = new Date();
int count = 10;
System.out.println(count);
// 因为this变量不存在于当前方法的局部变量表中！！
// System.out.println(this.count);
}
//关于Slot的使用的理解
public LocalVariablesTest() {
this.count = 1;
}
public void test1() {
Date date = new Date();
String name1 = "atguigu.com";
test2(date, name1);
System.out.println(date + name1);
}
public String test2(Date dateP, String name2) {
dateP = null;
name2 = "songhongkang";
double weight = 130.5; // 占据两个slot
char gender = '男';
return dateP + name2;
}
public void test3() {
this.count++;
}
public void test4() {
int a = 0;
{
int b = 0;
b = a + 1;
}
// 变量c使用之前已经销毁的变量b占据的slot的位置
int c = a + 1;
}
/*
变量的分类：按照数据类型分：① 基本数据类型 ② 引用数据类型
按照在类中声明的位置分：① 成员变量：在使用前，都经历过默认初始化赋值
类变量： linking的prepare阶段：给类变量默认赋值 ---> initial阶段：给类变量显式赋值即静态代码块赋值
实例变量：随着对象的创建，会在堆空间中分配实例变量空间，并进行默认赋值
② 局部变量：在使用前，必须要进行显式赋值的！否则，编译不通过
*/
public void test5Temp() {
int num;
// System.out.println(num); // 错误信息：变量num未进行初始化
}
}
我们可以看到局部变量表的大小为3（Maximum local variables）
字节码内部结构剖析
利用javap命令对字节码文件进行解析查看局部变量表，如图：
也可以在IDEA上安装jclasslib byte viewcoder插件查看字节码信息,以main()方法为例
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Rt471uPb-1648379865718)(Pic/170ecb0825056429)]
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Eh0V87e3-1648379865719)(Pic/170ecb0cf610a812)]
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ZsSYqQ8b-1648379865719)(Pic/170ecb109244b776)]
关于 Slot 的理解
- 局部变量表，最基本的存储单元是 Slot（变量槽）
- 参数值的存放总是在局部变量数组的 index0 开始，到数组长度-1 的索引结束。
- 局部变量表中存放编译期可知的各种基本数据类型（8 种），引用类型（reference），returnAddress 类型的变量。
- 在局部变量表里，32 位以内的类型只占用一个 slot（包括 returnAddress 类型），64 位的类型（long 和 double）占用两个 slot。
- byte、short、char 在存储前被转换为 int，boolean 也被转换为 int，0 表示 false，非 0 表示 true。
- JVM 会为局部变量表中的每一个 Slot 都分配一个访问索引，通过这个索引即可成功访问到局部变量表中指定的局部变量值
- 当一个实例方法被调用的时候，它的方法参数和方法体内部定义的局部变量将会按照顺序被复制到局部变量表中的每一个 slot 上
- 如果需要访问局部变量表中一个 64bit 的局部变量值时，只需要使用前一个索引即可。（比如：访问 long 或 doub1e 类型变量）
- 如果当前帧是由构造方法或者实例方法创建的，那么该对象引用 this 将会存放在 index 为 0 的 slot 处，其余的参数按照参数表顺序继续排列。
关于long和double占用两个slot
Slot 的重复利用
栈帧中的局部变量表中的槽位是可以重用的，如果一个局部变量过了其作用域，那么在其作用域之后申明的新的局部变就很有可能会复用过期局部变量的槽位，从而达到节省资源的目的。
静态变量与局部变量的对比
变量的分类：
- 按数据类型分：基本数据类型、引用数据类型
- 按类中声明的位置分：成员变量（类变量，实例变量）、局部变量
- 类变量：linking的paper阶段，给类变量默认赋值，init阶段给类变量显示赋值即静态代码块
- 实例变量：随着对象创建，会在堆空间中分配实例变量空间，并进行默认赋值
- 局部变量：在使用前必须进行显式赋值，不然编译不通过。
参数表分配完毕之后，再根据方法体内定义的变量的顺序和作用域分配。
我们知道类变量表有两次初始化的机会，第一次是在“准备阶段”，执行系统初始化，对类变量设置零值，另一次则是在“初始化”阶段，赋予程序员在代码中定义的初始值。
和类变量初始化不同的是，局部变量表不存在系统初始化的过程，这意味着一旦定义了局部变量则必须人为的初始化，否则无法使用。
补充说明：
在栈帧中，与性能调优关系最为密切的部分就是前面提到的局部变量表。在方法执行时，虚拟机使用局部变量表完成方法的传递。
局部变量表中的变量也是重要的垃圾回收根节点，只要被局部变量表中直接或间接引用的对象都不会被回收。
操作数栈
每一个独立的栈帧除了包含局部变量表以外，还包含一个后进先出（Last-In-First-Out）的 操作数栈，也可以称之为表达式栈（Expression Stack）
操作数栈，在方法执行过程中，根据字节码指令，往栈中写入数据或提取数据，即入栈（push）和 出栈（pop）
- 某些字节码指令将值压入操作数栈，其余的字节码指令将操作数取出栈。使用它们后再把结果压入栈
- 比如：执行复制、交换、求和等操作
代码举例
public void testAddOperation(){
byte i = 15;
int j = 8;
int k = i + j;
}
字节码指令信息
public void testAddOperation();
Code:
0: bipush 15
2: istore_1
3: bipush 8
5: istore_2
6:iload_1
7:iload_2
8:iadd
9:istore_3
10:return
操作数栈，主要用于保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间。
操作数栈就是 JVM 执行引擎的一个工作区，当一个方法刚开始执行的时候，一个新的栈帧也会随之被创建出来，这个方法的操作数栈是空的。
每一个操作数栈都会拥有一个明确的栈深度用于存储数值，其所需的最大深度在编译期就定义好了，保存在方法的 Code 属性中，为 max_stack 的值。
栈中的任何一个元素都是可以任意的 Java 数据类型
- 32bit 的类型占用一个栈单位深度
- 64bit 的类型占用两个栈单位深度
操作数栈并非采用访问索引的方式来进行数据访问的，而是只能通过标准的入栈和出栈操作来完成一次数据访问
如果被调用的方法带有返回值的话，其返回值将会被压入当前栈帧的操作数栈中，并更新 PC 寄存器中下一条需要执行的字节码指令。
操作数栈中元素的数据类型必须与字节码指令的序列严格匹配，这由编译器在编译器期间进行验证，同时在类加载过程中的类检验阶段的数据流分析阶段要再次验证。
另外，我们说 Java 虚拟机的解释引擎是基于栈的执行引擎，其中的栈指的就是操作数栈。
代码追踪
public class OperandStackTest {
public void testAddOperation() {
//byte、short、char、boolean：都以int型来保存
byte i = 15;
int j = 8;
int k = i + j;
}
}
使用 javap 命令反编译 class 文件：javap -v 类名.class
javap解析后的结果如下：
结合上图结合下面的图来看一下一个方法（栈帧）的执行过程
①15入栈；②存储15，15进入局部变量表
③压入8；④存储8，8进入局部变量表；
⑤从局部变量表中把索引为1和2的是数据取出来，放到操作数栈；⑥iadd相加操作，8和15出栈
⑦iadd操作结果23入栈；⑧将23存储在局部变量表索引为3的位置上
i++ 和 ++i的区别
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-F4L7pnEB-1648379865722)(Pic/170ecb702e020973)]
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mX4BHnQx-1648379865723)(Pic/170ecb702e020973)]
栈顶缓存技术
前面提过，基于栈式架构的虚拟机所使用的零地址指令更加紧凑，但完成一项操作的时候必然需要使用更多的入栈和出栈指令，这同时也就意味着将需要更多的指令分派（instruction dispatch）次数和内存读/写次数。
由于操作数是存储在内存中的，因此频繁地执行内存读/写操作必然会影响执行速度。为了解决这个问题，HotSpot JVM 的设计者们提出了栈顶缓存（Tos，Top-of-Stack Cashing）技术，将栈顶元素全部缓存在物理 CPU 的寄存器中，以此降低对内存的读/写次数，提升执行引擎的执行效率。
动态链接
动态链接、方法返回地址、附加信息 ： 有些地方被称为帧数据区
每一个栈帧内部都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用包含这个引用的目的就是为了支持当前方法的代码能够实现动态链接（Dynamic Linking）。比如：invokedynamic指令
在Java源文件被编译到字节码文件中时，所有的变量和方法引用都作为符号引用（symbolic Reference）保存在class文件的常量池里。
比如：描述一个方法调用了另外的其他方法时，就是通过常量池中指向方法的符号引用来表示的，那么动态链接的作用就是为了将这些符号引用转换为调用方法的直接引用。
为什么需要运行时常量池？
因为在不同的方法，都可能调用常量或者方法，所以只需要存储一份即可，节省了空间
常量池的作用：就是为了提供一些符号和常量，便于指令的识别
方法调用：解析与分配
在 JVM 中，将符号引用转换为调用方法的直接引用与方法的绑定机制相关
链接
静态链接
当一个字节码文件被装载进 JVM 内部时，如果被调用的目标方法在编译期可知，且运行期保持不变时，这种情况下降调用方法的符号引用转换为直接引用的过程称之为静态链接
动态链接
如果被调用的方法在编译期无法被确定下来，只能够在程序运行期将调用的方法的符号转换为直接引用，由于这种引用转换过程具备动态性，因此也被称之为动态链接。
静态链接和动态链接不是名词，而是动词，这是理解的关键。
绑定机制
对应的方法的绑定机制为：早期绑定（Early Binding）和晚期绑定（Late Binding）。绑定是一个字段、方法或者类在符号引用被替换为直接引用的过程，这仅仅发生一次。
早期绑定
早期绑定就是指被调用的目标方法如果在编译期可知，且运行期保持不变时，即可将这个方法与所属的类型进行绑定，这样一来，由于明确了被调用的目标方法究竟是哪一个，因此也就可以使用静态链接的方式将符号引用转换为直接引用。
晚期绑定
如果被调用的方法在编译期无法被确定下来，只能够在程序运行期根据实际的类型绑定相关的方法，这种绑定方式也就被称之为晚期绑定。
class Animal {
public void eat() {
System.out.println("动物进食");
}
}
interface Huntable {
void hunt();
}
class Dog extends Animal implements Huntable {
@Override
public void eat() {
System.out.println("狗吃骨头");
}
@Override
public void hunt() {
System.out.println("捕食耗子，多管闲事");
}
}
class Cat extends Animal implements Huntable {
public Cat() {
super(); // 表现为：早期绑定 invokespecial
}
public Cat(String name) {
this(); // 表现为：早期绑定 invokespecial
}
@Override
public void eat() {
super.eat(); // 表现为：早期绑定 invokespecial
System.out.println("猫吃鱼");
}
@Override
public void hunt() {
System.out.println("捕食耗子，天经地义");
}
}
public class AnimalTest {
public void showAnimal(Animal animal) {
animal.eat(); // 表现为：晚期绑定 invokevirtual
}
public void showHunt(Huntable h) {
h.hunt(); // 表现为：晚期绑定 invokevirtual
}
}
早晚期绑定的发展历史
随着高级语言的横空出世，类似于 Java 一样的基于面向对象的编程语言如今越来越多，尽管这类编程语言在语法风格上存在一定的差别，但是它们彼此之间始终保持着一个共性，那就是都支持封装、继承和多态等面向对象特性，既然这一类的编程语言具备多态特悄，那么自然也就具备早期绑定和晚期绑定两种绑定方式。
Java 中任何一个普通的方法其实都具备虚函数的特征，它们相当于 C++语言中的虚函数（C++中则需要使用关键字 virtual 来显式定义）。如果在 Java 程序中不希望某个方法拥有虚函数的特征时，则可以使用关键字 final 来标记这个方法。
虚方法和非虚方法
- 如果方法在编译期就确定了具体的调用版本，这个版本在运行时是不可变的。这样的方法称为非虚方法。
- 静态方法、私有方法、fina1方法、实例构造器、父类方法都是非虚方法。
- 其他方法称为虚方法。
子类对象的多态的使用前提
- 类的继承关系
- 方法的重写
虚拟机中提供了以下几条方法调用指令：
普通调用指令：
- invokestatic：调用静态方法，解析阶段确定唯一方法版本
- invokespecial：调用方法、私有及父类方法，解析阶段确定唯一方法版本
- invokevirtual：调用所有虚方法
- invokeinterface：调用接口方法
动态调用指令：
- invokedynamic：动态解析出需要调用的方法，然后执行
前四条指令固化在虚拟机内部，方法的调用执行不可人为干预，而invokedynamic指令则支持由用户确定方法版本。其中invokestatic指令和invokespecial指令调用的方法称为非虚方法，其余的（fina1修饰的除外）称为虚方法。
/**
* 解析调用中非虚方法、虚方法的测试
* invokestatic指令和invokespecial指令调用的方法称为非虚方法
*/
class Father {
public Father() {
System.out.println("father的构造器");
}
public static void showStatic(String str) {
System.out.println("father " + str);
}
public final void showFinal() {
System.out.println("father show final");
}
public void showCommon() {
System.out.println("father 普通方法");
}
}
public class Son extends Father {
public Son() {
//invokespecial
super();
}
public Son(int age) {
//invokespecial
this();
}
//不是重写的父类的静态方法，因为静态方法不能被重写！
public static void showStatic(String str) {
System.out.println("son " + str);
}
private void showPrivate(String str) {
System.out.println("son private" + str);
}
public void show() {
//invokestatic
showStatic("atguigu.com");
//invokestatic
super.showStatic("good!");
//invokespecial
showPrivate("hello!");
//invokespecial
super.showCommon();
//invokevirtual
showFinal();//因为此方法声明有final，不能被子类重写，所以也认为此方法是非虚方法。
//虚方法如下：
//invokevirtual
showCommon();
info();
MethodInterface in = null;
//invokeinterface
in.methodA();
}
public void info() { }
public void display(Father f) { f.showCommon(); }
public static void main(String[] args) {
Son so = new Son();
so.show();
}
}
interface MethodInterface {
void methodA();
}
关于 invokednamic 指令
- JVM 字节码指令集一直比较稳定，一直到 Java7 中才增加了一个 invokedynamic 指令，这是Java 为了实现「动态类型语言」支持而做的一种改进。
- 但是在 Java7 中并没有提供直接生成 invokedynamic 指令的方法，需要借助 ASM 这种底层字节码工具来产生 invokedynamic 指令。直到 Java8 的 Lambda 表达式的出现，invokedynamic 指令的生成，在 Java 中才有了直接的生成方式。
- Java7 中增加的动态语言类型支持的本质是对 Java 虚拟机规范的修改，而不是对 Java 语言规则的修改，这一块相对来讲比较复杂，增加了虚拟机中的方法调用，最直接的受益者就是运行在 Java 平台的动态语言的编译器。
动态类型语言和静态类型语言
动态类型语言和静态类型语言两者的区别就在于对类型的检查是在编译期还是在运行期，满足前者就是静态类型语言，反之是动态类型语言。
说的再直白一点就是，静态类型语言是判断变量自身的类型信息；动态类型语言是判断变量值的类型信息，变量没有类型信息，变量值才有类型信息，这是动态语言的一个重要特征。
/**
* 体会invokedynamic指令
*/
@FunctionalInterface
interface Func {
public boolean func(String str);
}
public class Lambda {
public void lambda(Func func) {
return;
}
public static void main(String[] args) {
Lambda lambda = new Lambda();
Func func = s -> {
return true;
};
lambda.lambda(func);
lambda.lambda(s -> {
return true;
});
}
}
方法重写的本质
Java 语言中方法重写的本质：
- 找到操作数栈顶的第一个元素所执行的对象的实际类型，记作C。
- 如果在类型C中找到与常量中的描述符合简单名称都相符的方法，则进行访问权限校验，如果通过则返回这个方法的直接引用，查找过程结束；如果不通过，则返回java.1ang.I1legalAccessError 异常。
- 否则，按照继承关系从下往上依次对C的各个父类进行第2步的搜索和验证过程。
- 如果始终没有找到合适的方法，则抛出java.1ang.AbstractMethodsrror异常。
IllegalAccessError介绍
程序试图访问或修改一个属性或调用一个方法，这个属性或方法，你没有权限访问。一般的，这个会引起编译器异常。这个错误如果发生在运行时，就说明一个类发生了不兼容的改变。
方法的调用：虚方法表
在面向对象的编程中，会很频繁的使用到动态分派，如果在每次动态分派的过程中都要重新在类的方法元数据中搜索合适的目标的话就可能影响到执行效率。因此，为了提高性能，JVM采用在类的方法区建立一个虚方法表 （virtual method table）（非虚方法不会出现在表中）来实现。使用索引表来代替查找。
每个类中都有一个虚方法表，表中存放着各个方法的实际入口。
虚方法表是什么时候被创建的呢？
虚方法表会在类加载的链接阶段被创建并开始初始化，类的变量初始值准备完成之后，JVM会把该类的方法表也初始化完毕。
举例1：
如上图所示：如果类中重写了方法，那么调用的时候，就会直接在虚方法表中查找，否则将会直接连接到Object的方法中。
举例2：
/**
* 虚方法表的举例
*/
interface Friendly {
void sayHello();
void sayGoodbye();
}
class Dog {
public void sayHello() { }
public String toString() { return "Dog"; }
}
class Cat implements Friendly {
public void eat() { }
public void sayHello() { }
public void sayGoodbye() { }
protected void finalize() { }
public String toString(){ return "Cat"; }
}
class CockerSpaniel extends Dog implements Friendly {
public void sayHello() { super.sayHello(); }
public void sayGoodbye() { }
}
public class VirtualMethodTable {
}
Dog：
CockerSpaniel
Cat
方法返回地址
存放调用该方法的pc寄存器的值。一个方法的结束，有两种方式：
- 正常执行完成
- 出现未处理的异常，非正常退出
无论通过哪种方式退出，在方法退出后都返回到该方法被调用的位置。方法正常退出时，调用者的pc计数器的值作为返回地址，即调用该方法的指令的下一条指令的地址。而通过异常退出的，返回地址是要通过异常表来确定，栈帧中一般不会保存这部分信息。
当一个方法开始执行后，只有两种方式可以退出这个方法：
执行引擎遇到任意一个方法返回的字节码指令（return），会有返回值传递给上层的方法调用者，简称正常完成出口；
- 一个方法在正常调用完成之后，究竟需要使用哪一个返回指令，还需要根据方法返回值的实际数据类型而定。
- 在字节码指令中，返回指令包含ireturn（当返回值是boolean，byte，char，short和int类型时使用），lreturn（Long类型），freturn（Float类型），dreturn（Double类型），areturn。另外还有一个return指令声明为void的方法，实例初始化方法，类和接口的初始化方法使用。
在方法执行过程中遇到异常（Exception），并且这个异常没有在方法内进行处理，也就是只要在本方法的异常表中没有搜索到匹配的异常处理器，就会导致方法退出，简称异常完成出口。
方法执行过程中，抛出异常时的异常处理，存储在一个异常处理表，方便在发生异常的时候找到处理异常的代码
本质上，方法的退出就是当前栈帧出栈的过程。此时，需要恢复上层方法的局部变量表、操作数栈、将返回值压入调用者栈帧的操作数栈、设置PC寄存器值等，让调用者方法继续执行下去。
正常完成出口和异常完成出口的区别在于：通过异常完成出口退出的不会给他的上层调用者产生任何的返回值。
一些附加信息
栈帧中还允许携带与Java虚拟机实现相关的一些附加信息。例如：对程序调试提供支持的信息。
栈的相关面试题
- 举例栈溢出的情况？
- 栈溢出报错：StackOverflowError；
- 通过-Xss设置栈的大小；
- 若栈的大小是动态变化的，当因为内存限制无法扩容时，会报出OutOfMemoryError错误。
- 调整栈大小，就能保证不出现溢出吗？
- 不能，比如递归调用没有终止条件。
- 分配的栈内存越大越好吗？
- 不是，栈大了其他内容就小了
- 垃圾回收是否会涉及到虚拟机栈？
- 垃圾回收不会涉及到虚拟机栈
- 扩展
- 对于程序寄存器：不存在GC、不存在OOM
- 对于虚拟机栈和本地方法栈：不存在GC、只存在OOM
- 对于堆和方法区：存在GC、存在OOM
- 方法中定义的局部变量是否是线程安全？
- 具体问题具体分析
- 例子
/**
* 面试题：
* 方法中定义的局部变量是否线程安全？具体情况具体分析
*
* 何为线程安全？
* 如果只有一个线程才可以操作此数据，则必是线程安全的。
* 如果有多个线程操作此数据，则此数据是共享数据。如果不考虑同步机制的话，会存在线程安全问题。
*
*/
public class StringBuilderTest {
int num = 10;
// s1的声明方式是线程安全的
public static void method1() {
// StringBuilder:线程不安全
StringBuilder s1 = new StringBuilder();
s1.append("a");
s1.append("b");
// ...
}
// sBuilder的操作过程：是线程不安全的
public static void method2(StringBuilder sBuilder) {
sBuilder.append("a");
sBuilder.append("b");
// ...
}
// s1的操作：是线程不安全的
public static StringBuilder method3() {
StringBuilder s1 = new StringBuilder();
s1.append("a");
s1.append("b");
return s1;
}
// s1的操作：是线程安全的
public static String method4() {
StringBuilder s1 = new StringBuilder();
s1.append("a");
s1.append("b");
return s1.toString();
}
public static void main(String[] args) {
StringBuilder s = new StringBuilder();
new Thread(() -> {
s.append("a");
s.append("b");
}).start();
method2(s);
System.out.println(s);
}
}
3.4 本地方法栈
一些带有native关键字的方法就是需要JAVA去调用本地的C或者C++方法，因为 JAVA有时候没法直接和操作系统底层交互，所以需要用到本地方法栈，服务于带 native关键字的方法。
Java虚拟机栈用于管理Java方法的调用，而本地方法栈用于管理本地方法的调用
本地方法栈，也是线程私有的。
允许被实现成固定或者是可动态拓展的内存大小。（在内存溢出方面是相同的）
如果线程请求分配的栈容量超过本地方法栈允许的最大容量，Java虚拟机将会抛出一个StackOverFlowError异常。
如果本地方法栈可以动态扩展，并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存，或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的本地方法栈，那么java虚拟机将会抛出一个OutOfMemoryError异常。
本地方法是使用C语言实现的
它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine执行时加载本地方法库。
当某个线程调用一个本地方法时，它就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界。它和虚拟机拥有同样的权限
本地方法可以通过本地方法接口来 访问虚拟机内部的运行时数据区
它甚至可以直接使用本地处理器中的寄存器
直接从本地内存的堆中分配任意数量的内存
并不是所有的JVM都支持本地方法。因为Java虚拟机规范并没有明确要求本地方法栈的使用语言、具体实现方式、数据结构等。如果JVM产品不打算支持native方法，也可以无需实现本地方法栈。
在hotSpot JVM中，直接将本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
本地方法接口
本地方法
简单来讲，一个Native Method就是一个java滴啊用非java代码的接口，一个Native Method 是这样一个java方法：该方法的实现由非Java语言实现，比如C。这个特征并非java特有，很多其他的编程语言都有这一机制，比如在C++ 中，你可以用extern “C” 告知C++ 编译器去调用一个C的函数。
在定义一个native method时，并不提供实现体（有些像定义一个Java interface），因为其实现体是由非java语言在外面实现的。
本地接口的作用是融合不同的编程语言为java所用，它的初衷是融合C/C++程序。
标识符native可以与其他所有的java标识符连用，但是abstract除外。
/**
* 本地方法
*/
public class IHaveNatives {
//abstract 没有方法体
public abstract void abstractMethod(int x);
//native 和 abstract不能共存，native是有方法体的，由C语言来实现
public native void Native1(int x);
native static public long Native2();
native synchronized private float Native3(Object o);
native void Native4(int[] array) throws Exception;
}
为什么要使用Native Method
java使用起来非常方便，然而有些层次的任务用java实现起来不容易，或者我们对程序的效率很在意时，问题就来了。
与java环境外交互：
有时java应用需要与java外面的环境交互，这是本地方法存在的主要原因。
你可以想想java需要与一些底层系统，如擦偶偶系统或某些硬件交换信息时的情况。本地方法正式这样的一种交流机制：它为我们提供了一个非常简洁的接口，而且我们无需去了解java应用之外的繁琐细节。
与操作系统交互
JVM支持着java语言本身和运行库，它是java程序赖以生存的平台，它由一个解释器（解释字节码）和一些连接到本地代码的库组成。然而不管怎样，它毕竟不是一个完整的系统，它经常依赖于一些底层系统的支持。这些底层系统常常是强大的操作系统。通过使用本地方法，我们得以用java实现了jre的与底层系统的交互，甚至jvm的一些部分就是用C写的。还有，如果我们要使用一些java语言本身没有提供封装的操作系统特性时，我们也需要使用本地方法。
Sun’s Java
Sun的解释器是用C实现的，这使得它能像一些普通的C一样与外部交互。jre大部分是用java实现的，它也通过一些本地方法与外界交互。例如：类java.lang.Thread的setPriority()方法是用Java实现的，但是它实现调用的事该类里的本地方法setPriority0（）。这个本地方法是用C实现的，并被植入JVM内部，在Windows 95的平台上，这个本地方法最终将调用Win32 SetProority（）API。这是一个本地方法的具体实现由JVM直接提供，更多的情况是本地方法由外部的动态链接库（external dynamic link library）提供，然后被JVM调用。
现状
目前该方法的是用越来越少了，除非是与硬件有关的应用，比如通过java程序驱动打印机或者java系统管理生产设备，在企业级应用已经比较少见。因为现在的异构领域间的通信很发达，比如可以使用Socket通信，也可以是用Web Service等等，不多做介绍。
3.5 堆
定义
Heap 堆
通过new关键字创建的对象都会被放在堆内存
特点
它是线程共享，堆内存中的对象都需要考虑线程安全问题
有垃圾回收机制
1、核心概述
一个进程对应一个jvm实例，一个运行时数据区，又包含多个线程，这些线程共享了方法区和堆，每个线程包含了程序计数器、本地方法栈和虚拟机栈。
一个jvm实例只存在一个堆内存，堆也是java内存管理的核心区域
Java堆区在JVM启动的时候即被创建，其空间大小也就确定了。是JVM管理的最大一块内存空间（堆内存的大小是可以调节的）
《Java虚拟机规范》规定，堆可以处于==物理上不连续==的内存空间中，但在==逻辑上它应该被视为连续的==
所有的线程共享java堆，在这里还可以划分线程私有的缓冲区（TLAB:Thread Local Allocation Buffer）.（面试问题：堆空间一定是所有线程共享的么？不是，TLAB线程在堆中独有的）
《Java虚拟机规范》中对java堆的描述是：所有的对象实例以及数组都应当在运行时分配在堆上。
从实际使用的角度看，“几乎”所有的对象的实例都在这里分配内存 （‘几乎’是因为可能存储在栈上）
数组或对象永远不会存储在栈上，因为栈帧中保存引用，这个引用指向对象或者数组在堆中的位置
在方法结束后，堆中的对象不会马上被移除，仅仅在垃圾收集的时候才会被移除
堆，是GC(Garbage Collection，垃圾收集器)执行垃圾回收的重点区域
1.1 配置jvm及查看jvm进程
编写HeapDemo/HeapDemo1代码
public class HeapDemo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("start...");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("end...");
}
}
首先对虚拟机进行配置，如图 Run-Edit configurations
在jdk目录，我的是/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_171.jdk/Contents/Home/bin下找到jvisualvm 运行（或者直接终端运行jvisualvm），查看进程，可以看到我们设置的配置信息
可以看到HeapDemo配置-Xms10m， 分配的10m被分配给了新生代3m和老年代7m
1.2 分析SimpleHeap的jvm情况
public class SimpleHeap {
private int id;//属性、成员变量
public SimpleHeap(int id) {
this.id = id;
}
public void show() {
System.out.println("My ID is " + id);
}
public static void main(String[] args) {
SimpleHeap sl = new SimpleHeap(1);
SimpleHeap s2 = new SimpleHeap(2);
int[] arr = new int[10];
Object[] arr1 = new Object[10];
}
}
1.3 堆的细分内存结构
JDK 7以前： 新生区+养老区+永久区
Young Generation Space：又被分为Eden区和Survior区 ==Young/New==
Tenure generation Space： ==Old/Tenure==
Permanent Space： ==Perm==
JDK 8以后： 新生区+养老区+元空间
Young Generation Space：又被分为Eden区和Survior区 ==Young/New==
Tenure generation Space： ==Old/Tenure==
Meta Space： ==Meta==
2、设置堆内存大小与OOM
Java堆区用于存储java对象实例，堆的大小在jvm启动时就已经设定好了，可以通过 "-Xmx"和 "-Xms"来进行设置
-Xms 用于表示堆的起始内存，等价于 -XX:InitialHeapSize
-Xms 用来设置堆空间（年轻代+老年代）的初始内存大小
-X 是jvm的运行参数
ms 是memory start
-Xmx 用于设置堆的最大内存，等价于 -XX:MaxHeapSize
一旦堆区中的内存大小超过 -Xmx所指定的最大内存时，将会抛出OOM异常
==通常会将-Xms和-Xmx两个参数配置相同的值，其目的就是为了能够在java垃圾回收机制清理完堆区后不需要重新分隔计算堆区的大小，从而提高性能==
默认情况下，初始内存大小：物理内存大小/64;最大内存大小：物理内存大小/4
手动设置：-Xms600m -Xmx600m
查看设置的参数：
方式一： ==终端输入jps== ， 然后 ==jstat -gc 进程id==
方式二：（控制台打印）Edit Configurations->VM Options 添加 ==-XX:+PrintGCDetails==
2.1 查看堆内存大小
public class HeapSpaceInitial {
public static void main(String[] args) {
//返回Java虚拟机中的堆内存总量
long initialMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() / 1024 / 1024;
//返回Java虚拟机试图使用的最大堆内存量
long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024 / 1024;
System.out.println("-Xms : " + initialMemory + "M");//-Xms : 245M
System.out.println("-Xmx : " + maxMemory + "M");//-Xmx : 3641M
System.out.println("系统内存大小为：" + initialMemory * 64.0 / 1024 + "G");//系统内存大小为：15.3125G
System.out.println("系统内存大小为：" + maxMemory * 4.0 / 1024 + "G");//系统内存大小为：14.22265625G
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
2.2 堆大小分析
设置堆大小为600m，打印出的结果为575m，这是因为幸存者区S0和S1各占据了25m，但是他们始终有一个是空的，存放对象的是伊甸园区和一个幸存者区
2.3 OOM
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
/**
* -Xms600m -Xmx600m
*/
public class OOMTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Picture> list = new ArrayList<>();
while(true){
try {
Thread.sleep(20);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
list.add(new Picture(new Random().nextInt(1024 * 1024)));
}
}
}
class Picture{
private byte[] pixels;
public Picture(int length) {
this.pixels = new byte[length];
}
}
3、年轻代与老年代
存储在JVM中的java对象可以被划分为两类：
一类是生命周期较短的瞬时对象，这类对象的创建和消亡都非常迅速
另外一类对象时生命周期非常长，在某些情况下还能与JVM的生命周期保持一致
Java堆区进一步细分可以分为年轻代（YoungGen）和老年代（OldGen）
其中年轻代可以分为Eden空间、Survivor0空间和Survivor1空间（有时也叫frmo区，to区）
配置新生代与老年代在堆结构的占比
默认-XX：NewRatio=2，表示新生代占1，老年代占2，新生代占整个堆的1/3
可以修改-XX:NewRatio=4，表示新生代占1，老年代占4，新生代占整个堆的1/5
在hotSpot中，Eden空间和另外两个Survivor空间缺省所占的比例是8：1：1（测试的时候是6：1：1），开发人员可以通过选项 -XX:SurvivorRatio 调整空间比例，如-XX:SurvivorRatio=8
几乎所有的Java对象都是在Eden区被new出来的
绝大部分的Java对象都销毁在新生代了（IBM公司的专门研究表明，新生代80%的对象都是“朝生夕死”的）
可以使用选项-Xmn设置新生代最大内存大小（这个参数一般使用默认值就好了）
/**
* -Xms600m -Xmx600m
*
* -XX:NewRatio ： 设置新生代与老年代的比例。默认值是2.
* -XX:SurvivorRatio ：设置新生代中Eden区与Survivor区的比例。默认值是8
* -XX:-UseAdaptiveSizePolicy ：关闭自适应的内存分配策略 '-'关闭,'+'打开 （暂时用不到）
* -Xmn:设置新生代的空间的大小。 （一般不设置）
*
*/
public class EdenSurvivorTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("我只是来打个酱油~");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
4、图解对象分配过程
为新对象分配内存是件非常严谨和复杂的任务，JVM的设计者们不仅需要考虑内存如何分配、在哪里分配的问题，并且由于内存分配算法与内存回收算法密切相关，所以还需要考虑GC执行完内存回收后是否会在内存空间中产生内存碎片。
new的对象先放伊甸园区。此区有大小限制。
当伊甸园的空间填满时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收（Minor GC),将伊甸园区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。再加载新的对象放到伊甸园区
然后将伊甸园中的剩余对象移动到幸存者0区。
如果再次触发垃圾回收，此时上次幸存下来的放到幸存者0区的，如果没有回收，就会放到幸存者1区。
如果再次经历垃圾回收，此时会重新放回幸存者0区，接着再去幸存者1区。
啥时候能去养老区呢？可以设置次数。默认是15次。·可以设置参数：-XX:MaxTenuringThreshold=进行设置。
在养老区，相对悠闲。当老年区内存不足时，再次触发GC：Major GC，进行养老区的内存清理。
若养老区执行了Major GC之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常。
总结
==针对幸存者s0,s1区：复制之后有交换，谁空谁是to==
==关于垃圾回收：频繁在新生区收集，很少在养老区收集，几乎不再永久区/元空间收集。==
4.1 对象分配的特殊情况
4.2 代码举例
public class HeapInstanceTest {
byte[] buffer = new byte[new Random().nextInt(1024 * 200)];
public static void main(String[] args) {
ArrayList<HeapInstanceTest> list = new ArrayList<HeapInstanceTest>();
while (true) {
list.add(new HeapInstanceTest());
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
对应堆空间分配过程
4.3 常用调优工具
JDK命令行
Eclipse：Memory Analyzer Tool
Jconsole
VisualVM
Jprofiler
Java Flight Recorder
GCViewer
GC Easy
5、Minor GC、Major GC、Full GC
JVM在进行GC时，并非每次都针对上面三个内存区域（新生代、老年代、方法区）一起回收的，大部分时候回收都是指新生代。
针对hotSpot VM的实现，它里面的GC按照回收区域又分为两大种类型：一种是部分收集（Partial GC），一种是整堆收集（Full GC）
部分收集：不是完整收集整个Java堆的垃圾收集。其中又分为：
新生代收集（Minor GC/Young GC）：只是新生代的垃圾收集
老年代收集（Major GC/Old GC）：只是老年代的垃圾收集
目前，只有CMS GC会有单独收集老年代的行为
注意，==很多时候Major GC 会和 Full GC混淆使用，需要具体分辨是老年代回收还是整堆回收==
混合收集（Mixed GC）：收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集
目前，之后G1 GC会有这种行为
整堆收集（Full GC）：收集整个java堆和方法区的垃圾收集
年轻代GC（Minor GC）触发机制：
当年轻代空间不足时，就会触发Minor GC，这里的年轻代满指的是Eden代满，Survivor满不会引发GC.(每次Minor GC会清理年轻代的内存，Survivor是被动GC，不会主动GC)
因为Java队形大多都具备朝生夕灭的特性，所以Monor GC 非常频繁，一般回收速度也比较快，这一定义既清晰又利于理解。
Minor GC 会引发STW（Stop the World），暂停其他用户的线程，等垃圾回收结束，用户线程才恢复运行。
老年代GC(Major GC/Full GC)触发机制
指发生在老年代的GC,对象从老年代消失时，Major GC 或者 Full GC 发生了
出现了Major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC（不是绝对的，在Parallel Scavenge 收集器的收集策略里就有直接进行Major GC的策略选择过程）
也就是老年代空间不足时，会先尝试触发Minor GC。如果之后空间还不足，则触发Major GC
Major GC速度一般会比Minor GC慢10倍以上，STW时间更长
如果Major GC后，内存还不足，就报OOM了
Full GC触发机制
触发Full GC执行的情况有以下五种
①调用System.gc()时，系统建议执行Full GC，但是不必然执行
②老年代空间不足
③方法区空间不足
④通过Minor GC后进入老年代的平均大小小于老年代的可用内存
⑤由Eden区，Survivor S0（from）区向S1（to）区复制时，对象大小由于To Space可用内存，则把该对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象大小
说明：Full GC 是开发或调优中尽量要避免的，这样暂停时间会短一些
代码演示
Young GC ->Full GC -> OOM
/** 测试GC分代回收
* 测试MinorGC 、 MajorGC、FullGC
* -Xms9m -Xmx9m -XX:+PrintGCDetails
*/
public class GCTest {
public static void main(String[] args) {
int i = 0;
try {
List<String> list = new ArrayList<>();
String a = "testGC";
while (true) {
list.add(a);
a = a + a;
i++;
}
} catch (Throwable t) {
t.printStackTrace();
System.out.println("遍历次数为：" + i);
}
}
}
6、堆空间分代思想
为什么要把Java堆分代？不分代就不能正常工作了么
经研究，不同对象的生命周期不同。70%-99%的对象都是临时对象。
新生代：有Eden、Survivor构成（s0,s1 又称为from to），to总为空
老年代：存放新生代中经历多次依然存活的对象
其实不分代完全可以，分代的唯一理由就是优化GC性能。如果没有分代，那所有的对象都在一块，就如同把一个学校的人都关在一个教室。GC的时候要找到哪些对象没用，这样就会对堆的所有区域进行扫描，而很多对象都是朝生夕死的，如果分代的话，把新创建的对象放到某一地方，当GC的时候先把这块存储“朝生夕死”对象的区域进行回收，这样就会腾出很大的空间出来。
7、内存分配策略
如果对象在Eden出生并经过第一次Minor GC后依然存活，并且能被Survivor容纳的话，将被移动到Survivor空间中，把那个将对象年龄设为1.对象在Survivor区中每熬过一次MinorGC，年龄就增加一岁，当它的年龄增加到一定程度（默认15岁，其实每个JVM、每个GC都有所不同）时，就会被晋升到老年代中
对象晋升老年代的年龄阈值，可以通过选项 -XX：MaxTenuringThreshold来设置
针对不同年龄段的对象分配原则如下：
优先分配到Eden
大对象直接分配到老年代
尽量避免程序中出现过多的大对象
长期存活的对象分配到老年代
动态对象年龄判断
如果Survivor区中相同年龄的所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入到老年代。无需等到MaxTenuringThreshold中要求的年龄
空间分配担保
-XX: HandlePromotionFailure
代码示例
分配60m堆空间，新生代 20m ，Eden 16m， s0 2m， s1 2m，buffer对象20m，Eden 区无法存放buffer， 直接晋升老年代
/** 测试：大对象直接进入老年代
* -Xms60m -Xmx60m -XX:NewRatio=2 -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGCDetails
*/
public class YoungOldAreaTest {
// 新生代 20m ，Eden 16m， s0 2m， s1 2m
// 老年代 40m
public static void main(String[] args) {
//Eden 区无法存放buffer 晋升老年代
byte[] buffer = new byte[1024 * 1024 * 20];//20m
}
}
8、为对象分配内存：TLAB（线程私有缓存区域）
为什么有TLAB（Thread Local Allocation Buffer）
堆区是线程共享区域，任何线程都可以访问到堆区中的共享数据
由于对象实例的创建在JVM中非常频繁，淫才在并发环境下从堆区中划分内存空间是线程不安全的
为避免多个线程操作同一地址，需要使用加锁等机制，进而影响分配速度
什么是TLAB
从内存模型而不是垃圾收集的角度，对Eden区域继续进行划分，JVM为每个线程分配了一个私有缓存区域，它包含在Eden空间内
多线程同时分配内存时，使用TLAB可以避免一系列的非线程安全问题，同时还能够提升内存分配的吞吐量，因此我们可以将这种内存分配方式称之为快速分配策略
所有OpenJDK衍生出来的JVM都提供了TLAB的设计
说明
尽管不是所有的对象实例都能够在TLAB中成功分配内存，单JV明确是是将TLAB作为内存分配的首选
在程序中，开发人员可以通过选项“-XX:UseTLAB“ 设置是够开启TLAB空间
默认情况下，TLAB空间的内存非常小，仅占有整个EDen空间的1%，当然我们可以通过选项 ”-XX:TLABWasteTargetPercent“ 设置TLAB空间所占用Eden空间的百分比大小
一旦对象在TLAB空间分配内存失败时，JVM就会尝试着通过使用加锁机制确保数据操作的原子性，从而直接在Eden空间中分配了内存
代码演示
终端输入 jsp，查看TLABArgsTest进程id
jinfo -flag UseTLAB 64566（进程id），输出-XX:+UseTLAB，证明TLAB默认是开启的
/**
* 测试-XX:UseTLAB参数是否开启的情况:默认情况是开启的
*/
public class TLABArgsTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("我只是来打个酱油~");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
TLAB对象分配过程
9、小结堆空间的参数设置
-XX:PrintFlagsInitial: 查看所有参数的默认初始值
-XX:PrintFlagsFinal：查看所有的参数的最终值（可能会存在修改，不再是初始值）
具体查看某个参数的指令：
jps：查看当前运行中的进程
jinfo -flag SurvivorRatio 进程id： 查看新生代中Eden和S0/S1空间的比例
-Xms: 初始堆空间内存（默认为物理内存的1/64）
-Xmx: 最大堆空间内存（默认为物理内存的1/4）
-Xmn: 设置新生代大小（初始值及最大值）
-XX:NewRatio: 配置新生代与老年代在堆结构的占比
-XX:SurvivorRatio：设置新生代中Eden和S0/S1空间的比例
-XX:MaxTenuringThreshold：设置新生代垃圾的最大年龄(默认15)
-XX:+PrintGCDetails：输出详细的GC处理日志
打印gc简要信息：① -XX:+PrintGC ② -verbose:gc
-XX:HandlePromotionFailure：是否设置空间分配担保
说明
在发生Minor Gc之前，虚拟机会检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象的总空间。
如果大于，则此次Minor GC是安全的
如果小于，则虚拟机会查看-XX:HandlePromotionFailure设置值是否允许担保失败。（==JDK 7以后的规则HandlePromotionFailure可以认为就是true==）
如果HandlePromotionFailure=true,那么会继续检查老年代最大可用连续空间是否大于历次晋升到老年代的对象的平均大小。
√如果大于，则尝试进行一次Minor GC,但这次Minor GC依然是有风险的；
√如果小于，则改为进行一次Fu11 GC。
如果HandlePromotionFailure=false,则改为进行一次Fu11 GC。
在JDK6 Update24之后（JDK7），HandlePromotionFailure参数不会再影响到虚拟机的空间分配担保策略，观察openJDK中的源码变化，虽然源码中还定义了HandlePromotionFailure参数，但是在代码中已经不会再使用它。JDK6 Update24之后的规则变为==只要老年代的连续空间大于新生代对象总大小或者历次晋升的平均大小就会进行Minor GC,否则将进行Full GC。==
10、堆是分配对象的唯一选择么（不是）
在《深入理解Java虚拟机》中关于Java堆内存有这样一段描述：随着JIT编译期的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，==栈上分配、标量替换优化技术==将会导致一些微妙的变化，所有的对象都分配到堆上也渐渐变得不那么“绝对”了。
在Java虚拟机中，对象是在Java堆中分配内存的，这是一个普遍的常识。但是，有一种特殊情况，那就是如果==经过逃逸分析（Escape Analysis)后发现，一个对象并没有逃逸出方法的话，那么就可能被优化成栈上分配==。这样就无需在堆上分配内存，也无须进行垃圾回收了。这也是最常见的堆外存储技术。
此外，前面提到的基于OpenJDK深度定制的TaoBaoVM,其中创新的GCIH(GCinvisible heap)技术实现off-heap,将生命周期较长的Java对象从heap中移至heap外，并且GC不能管理GCIH内部的Java对象，以此达到降低GC的回收频率和提升GC的回收效率的目的。
如何将堆上的对象分配到栈，需要使用逃逸分析手段。
这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编译器能够分析出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。
逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域：
当一个对象在方法中被定义后，==对象只在方法内部使用，则认为没有发生逃逸==。
当一个对象在方法中被定义后，它被外部方法所引用，则认为发生逃逸。例如作为调用参数传递到其他地方中。
==如何快速的判断是否发生了逃逸分析，就看new的对象实体是否有可能在方法外被调用==
代码分析
public void method(){
V v = new V();
//use V
//......
v = null;
}
没有发生逃逸的对象，则可以分配到栈上，随着方法执行的结束，栈空间就被移除。
public static StringBuffer createStringBuffer(String s1,String s2){
StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append(s1);
sb.append(s2);
return sb;
}
由于上述方法返回的sb在方法外被使用，发生了逃逸，上述代码如果想要StringBuffer sb不逃出方法，可以这样写：
public static String createStringBuffer(String s1,String s2){
StringBuffer sb = new StringBuffer();
sb.append(s1);
sb.append(s2);
return sb.toString();
}
逃逸分析
/**
* 逃逸分析
*
* 如何快速的判断是否发生了逃逸分析，就看new的对象实体是否有可能在方法外被调用。
*/
public class EscapeAnalysis {
public EscapeAnalysis obj;
/*
方法返回EscapeAnalysis对象，发生逃逸
*/
public EscapeAnalysis getInstance(){
return obj == null? new EscapeAnalysis() : obj;
}
/*
为成员属性赋值，发生逃逸
*/
public void setObj(){
this.obj = new EscapeAnalysis();
}
//思考：如果当前的obj引用声明为static的？仍然会发生逃逸。
/*
对象的作用域仅在当前方法中有效，没有发生逃逸
*/
public void useEscapeAnalysis(){
EscapeAnalysis e = new EscapeAnalysis();
}
/*
引用成员变量的值，发生逃逸
*/
public void useEscapeAnalysis1(){
EscapeAnalysis e = getInstance();
//getInstance().xxx()同样会发生逃逸
}
}
参数设置
在JDK 6u23版本之后，HotSpot中默认就已经开启了逃逸分析
如果使用了较早的版本，开发人员可以通过
-XX:DoEscapeAnalysis 显式开启逃逸分析
-XX:+PrintEscapeAnalysis查看逃逸分析的筛选结果
结论
开发中能使用局部变量的，就不要使用在方法外定义
代码优化
使用逃逸分析，编译器可以对代码做如下优化：
栈上分配：将堆分配转化为栈分配。如果一个对象在子线程中被分配，要使指向该对象的指针永远不会逃逸，对象可能是栈分配的候选，而不是堆分配
同步省略：如果一个对象被发现只能从一个线程被访问到，那么对于这个对象的操作可以不考虑同步
分离对象或标量替换：有的对象可能不需要作为一个连续的内存结构存在也可以北方问道，那么对象的部分（或全部）可以不存储在内存，而是存储在CPU寄存器中。
栈上分配
JIT编译器在编译期间根据逃逸分析的结果，发现如果一个对象并没有逃逸出方法的话，就可能被优化成栈上分配。分配完成之后，继续在调用栈内执行，最后线程结束，栈空间被回收，局部变量对象也被回收。这样就无须机型垃圾回收了
常见的栈上分配场景：给成员变量赋值、方法返回值、实例引用传递
代码分析
以下代码，关闭逃逸分析（-XX:-DoEscapeAnalysi），维护10000000个对象，如果开启逃逸分析，只维护少量对象（JDK7 逃逸分析默认开启）
/**
* 栈上分配测试
* -Xmx1G -Xms1G -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGCDetails
*/
public class StackAllocation {
public static void main(String[] args) {
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
alloc();
}
// 查看执行时间
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("花费的时间为： " + (end - start) + " ms");
// 为了方便查看堆内存中对象个数，线程sleep
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e1) {
e1.printStackTrace();
}
}
private static void alloc() {
User user = new User();//未发生逃逸
}
static class User {
}
}
同步省略
线程同步的代价是相当高的，同步的后果是降低并发性和性能
在动态编译同步块的时候，JIT编译器可以借助逃逸分析来判断同步块所使用的锁对象是否只能够被一个线程访问而没有被发布到其他线程。如果没有，那么JIT编译器在编译这个同步块的时候就会取消对这部分代码的同步。这样就能大大提高并发性和性能。这个取消同步的过程就叫同步省略，也叫==锁消除==
/**
* 同步省略说明
*/
public class SynchronizedTest {
public void f() {
Object hollis = new Object();
synchronized(hollis) {
System.out.println(hollis);
}
}
//代码中对hollis这个对象进行加锁，但是hollis对象的生命周期只在f（）方法中
//并不会被其他线程所访问控制，所以在JIT编译阶段就会被优化掉。
//优化为 ↓
public void f2() {
Object hollis = new Object();
System.out.println(hollis);
}
}
分离对象或标量替换
==标量Scalar==是指一个无法在分解成更小的数据的数据。Java中的原始数据类型就是标量
相对的，那些还可以分解的数据叫做==聚合量(Aggregate)==，Java中对象就是聚合量，因为它可以分解成其他聚合量和标量
在JIT阶段，如果经过逃逸分析，发现一个对象不会被外界访问的话，那么经过JIT优化，就会把这个对象拆解成若干个其中包含的若干个成员变量来替代。这个过程就是标量替换
public class ScalarTest {
public static void main(String[] args) {
alloc();
}
public static void alloc(){
Point point = new Point(1,2);
}
}
class Point{
private int x;
private int y;
public Point(int x,int y){
this.x = x;
this.y = y;
}
}
以上代码，经过标量替换后，就会变成
public static void alloc(){
int x = 1;
int y = 2;
}
可以看到，Point这个聚合量经过逃逸分析后，发现他并没有逃逸，就被替换成两个标量了。那么标量替换有什么好处呢？就是可以大大减少堆内存的占用。因为一旦不需要创建对象了，那么就不再需要分配堆内存了。
标量替换为栈上分配提供了很好的基础。
测试代码
/**
* 标量替换测试
* -Xmx100m -Xms100m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC -XX:-EliminateAllocations
*/
public class ScalarReplace {
public static class User {
public int id;//标量（无法再分解成更小的数据）
public String name;//聚合量（String还可以分解为char数组）
}
public static void alloc() {
User u = new User();//未发生逃逸
u.id = 5;
u.name = "www.atguigu.com";
}
public static void main(String[] args) {
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
alloc();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("花费的时间为： " + (end - start) + " ms");
}
}
逃逸分析小结
关于逃逸分析的论文在1999年就已经发表了，但直到JDK1.6才有实现，而且这项技术到如今也并不是十分成熟的。
其根本原因就是无法保证逃逸分析的性能消耗一定能高于他的消耗。虽然经过逃逸分析可以做标量替换、栈上分配、和锁消除。但是逃逸分析自身也是需要进行一系列复杂的分析的，这其实也是一个相对耗时的过程。
一个极端的例子，就是经过逃逸分析之后，发现没有一个对象是不逃逸的。那这个逃逸分析的过程就白白浪费掉了。
虽然这项技术并不十分成熟，但是它也是即时编译器优化技术中一个十分重要的手段。
注意到有一些观点，认为通过逃逸分析，JVM会在栈上分配那些不会逃逸的对象，这在理论上是可行的，但是取决于JVM设计者的选择。据我所知，Oracle HotspotJVM中并未这么做，这一点在逃逸分析相关的文档里已经说明，所以可以明确所有的对象实例都是创建在堆上。
目前很多书籍还是基于JDK7以前的版本，JDK已经发生了很大变化，intern字符串的缓存和静态变量曾经都被分配在永久代上，而永久代已经被元数据区取代。但是，intern字符串缓存和静态变量并不是被转移到元数据区，而是直接在堆上分配，所以这一点同样符合前面一点的结论：==对象实例都是分配在堆上==。
年轻代是对象的诞生、省长、消亡的区域，一个对象在这里产生、应用、最后被垃圾回收器收集、结束生命
老年代防止长生命周期对象，通常都是从Survivor区域筛选拷贝过来的Java对象。当然，也有特殊情况，我们知道普通的对象会被分配在TLAB上，如果对象较大，JVM会试图直接分配在Eden其他位置上；如果对象他打，完全无法在新生代找到足够长的连续空闲空间，JVM就会直接分配到老年代
当GC只发生在年轻代中，回收年轻对象的行为被称为MinorGC。当GC发生在老年代时则被称为MajorGC或者FullGC。一般的，MinorGC的发生频率要比MajorGC高很多，即老年代中垃圾回收发生的频率大大低于年轻代
3.6 方法区
1、堆、栈、方法区的交互关系
运行时数据区结构图
堆、栈、方法区的交互关系
2、方法区的理解
《Java虚拟机规范》中明确说明：‘尽管所有的方法区在逻辑上属于堆的一部分，但一些简单的实现可能不会选择去进行垃圾收集或者进行压缩。’但对于HotSpotJVM而言，方法区还有一个别名叫做Non-heap（非堆），目的就是要和堆分开。
所以，==方法区可以看作是一块独立于Java堆的内存空间。==
方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域
方法区在JVM启动时就会被创建，并且它的实际的物理内存空间中和Java堆区一样都可以是不连续的
方法区的大小，跟堆空间一样，可以选择固定大小或者可拓展
方法区的大小决定了系统可以保存多少个类，如果系统定义了太多的类，导致方法区溢出，虚拟机同样会抛出内存溢出错误：java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space或者 java.lang,OutOfMemoryError:Metaspace，比如：
加载大量的第三方jar包；
Tomcat部署的工程过多；
大量动态生成反射类；
关闭JVM就会释放这个区域的内存
例，使用jvisualvm查看加载类的个数
public class MethodAreaDemo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("start...");
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("end...");
}
}
在jdk7及以前，习惯上把方法区称为永久代。jdk8开始，使用元空间取代了永久代
本质上，方法区和永久代并不等价。仅是对hotSpot而言的。《java虚拟机规范》对如何实现方法区，不做统一要求。例如：BEA JRockit/IBM J9中不存在永久代的概念
现在看来，当年使用永久代，不是好的idea。导致Java程序更容易OOM(超过-XX:MaxPermSize上限)
方法区在jdk7及jdk8的落地实现
在jdk8中，终于完全废弃了永久代的概念，改用与JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间（Metaspace）来代替
元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代最大的区别在于：==元空间不再虚拟机设置的内存中，而是使用本地内存==
永久代、元空间并不只是名字变了。内部结构也调整了
根据《Java虚拟机规范》得规定，如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OOM异常.
3、设置方法区大小与OOM
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。
jdk7及以前：
通过一XX：PermSize来设置永久代初始分配空间。默认值是20.75M
-XX ： MaxPermSize来设定永久代最大可分配空间。32位机器默认是64M，64位机器模式是82M
当JVM加载的类信息容量超过了这个值，会报异常OutOfMemoryError ： PermGen
space
jdk8及以后：
元数据区大小可以使用参数一XX：MetaspaceSize和一XX ：MaxMetaspaceSize指定，替代上述原有的两个参数。
默认值依赖于平台。windows下，一XX：MetaspaceSize是21M，一
XX：MaxMetaspaceSize的值是一1， 即没有限制。| I
与永久代不同，如果不指定大小，默认情况下，虚拟机会耗尽所有的可用系统内存。
如果元数据区发生溢出，虚拟机一样会拋出异常OutOfMemoryError： Metaspace
-XX：MetaspaceSize： 设置初始的元空间大小。对于一个64位的服务器端JVM来说，
其默认的一XX ：MetaspaceSize值为21MB.这就是初始的高水位线，一旦触及这个水位线，Full GC将会被触发并卸载没用的类（即这些类对应的类加载器不再存活），然后这个高水位线将会重置。新的高水位线的值取决于GC后释放了多少元空间。如果释放的空间不足，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提高该值。如果释放空间过多，则适当降低该值。
如果初始化的高水位线设置过低，.上 述高水位线调整情况会发生很多次。通过垃圾回收器的日志可以观察到Full GC多次调用。为了避免频繁地GC，建议将-
XX ：MetaspaceSize设置为一个相对较高的值。
* jdk7及以前：
* 查询 jps -> jinfo -flag PermSize [进程id]
* -XX:PermSize=100m -XX:MaxPermSize=100m
*
* jdk8及以后：
* 查询 jps -> jinfo -flag MetaspaceSize [进程id]
* -XX:MetaspaceSize=100m -XX:MaxMetaspaceSize=100m
方法区OOM
1）要解决00M异常或heap space的异常，一般的手段是首先通过内存映像分析工具（如Eclipse Memory Analyzer） 对dump出来的堆转储快照进行分析，重点是确认内存中的对象是否是必要的，也就是要先分清楚到底是出现了内存泄漏（Memory Leak）还是内存溢出（Memory 0verflow） 。
2）如果是内存泄漏，可进一步通过工具查看泄漏对象到GC Roots 的引用链。于是就能找到泄漏对象是通过怎样的路径与GCRoots相关联并导致垃圾收集器无法自动回收它们的。掌握了泄漏对象的类型信息，以及GC Roots引用链的信息，就可以比较准确地定位出泄漏代码的位置。
3）如果不存在内存泄漏，换句话说就是内存中的对象确实都还必须存活着，那就应当检查虚拟机的堆参数（一Xmx与一Xms） ，与机器物理内存对比看是否还可以调大，从代码_上检查是否存在某些对象生命周期过长、持有状态时间过长的情况，尝试减少程序运行期的内存消耗。
以下代码在JDK8环境下会报 Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Compressed class space 错误
/**
* jdk6/7中：
* -XX:PermSize=10m -XX:MaxPermSize=10m
*
* jdk8中：
* -XX:MetaspaceSize=10m -XX:MaxMetaspaceSize=10m
*
*/
public class OOMTest extends ClassLoader {
public static void main(String[] args) {
int j = 0;
try {
OOMTest test = new OOMTest();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
//创建ClassWriter对象，用于生成类的二进制字节码
ClassWriter classWriter = new ClassWriter(0);
//指明版本号，修饰符，类名，包名，父类，接口
classWriter.visit(Opcodes.V1_6, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null, "java/lang/Object", null);
//返回byte[]
byte[] code = classWriter.toByteArray();
//类的加载
test.defineClass("Class" + i, code, 0, code.length);//Class对象
j++;
}
} finally {
System.out.println(j);
}
}
}
4、方法区的内部结构
《深入理解Java虚拟机》书中对方法区存储内容描述如下：它用于存储已被虚拟机加载的==类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存==等。
类型信息
对每个加载的类型（ 类class、接口interface、枚举enum、注解annotation），JVM必 .须在方法区中存储以下类型信息：
①这个类型的完整有效名称（全名=包名.类名）
②这个类型直接父类的完整有效名（对于interface或是java. lang.Object，都没有父类）
③这个类型的修饰符（public， abstract， final的某个子集）
④这个类型直接接口的一个有序列表
域信息（成员变量）
JVM必须在方法区中保存类型的所有域的相关信息以及域的声明顺序。
域的相关信息包括：域名称、 域类型、域修饰符（public， private，protected， static， final， volatile， transient的某个子集）
方法信息
JVM必须保存所有方法的以下信息，同域信息一样包括声明顺序：
方法名称
方法的返回类型（或void）
方法参数的数量和类型（按顺序）
方法的修饰符（public， private， protected， static， final，synchronized， native ， abstract的一个子集）
方法的字节码（bytecodes）、操作数栈、局部变量表及大小（ abstract和native 方法除外）
异常表（ abstract和native方法除外）
每个异常处理的开始位置、结束位置、代码处理在程序计数器中的偏移地址、被捕获的异常类的常量池索引
non-final的类变量
静态变量和类关联在一起，随着类的加载而加载，他们成为类数据在逻辑上的一部分
类变量被类的所有实例所共享，即使没有类实例你也可以访问它。
以下代码不会报空指针异常
public class MethodAreaTest {
public static void main(String[] args) {
Order order = null;
order.hello();
System.out.println(order.count);
}
}
class Order {
public static int count = 1;
public static final int number = 2;
public static void hello() {
System.out.println("hello!");
}
}
全局常量 static final
被声明为final的类变量的处理方法则不同，每个全局常量在编译的时候就被分配了。
代码解析
Order.class字节码文件，右键Open in Teminal打开控制台，使用javap -v -p Order.class > tst.txt 将字节码文件反编译并输出为txt文件,可以看到==被声明为static final的常量number在编译的时候就被赋值了，这不同于没有被final修饰的static变量count是在类加载的准备阶段被赋值==
public static int count;
descriptor: I
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
public static final int number;
descriptor: I
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_FINAL
ConstantValue: int 2
运行时常量池
常量池
https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html#jvms-4.3.3
一个有效的字节码文件中除了包含类的版本信息、字段、方法以及接口等描述信息外，还包含一项信息那就是常量池表（Constant Poo1 Table），包括各种字面量和对类型域和方法的符号引用。
一个 java 源文件中的类、接口，编译后产生一个字节码文件。而 Java 中的字节码需要数据支持，通常这种数据会很大以至于不能直接存到字节码里，换另一种方式，可以存到常量池这个字节码包含了指向常量池的引用。在动态链接的时候会用到运行时常量池.
比如如下代码，虽然只有 194 字节，但是里面却使用了 string、System、Printstream 及 Object 等结构。这里代码量其实已经很小了。如果代码多，引用到的结构会更多！
Public class Simpleclass {
public void sayhelloo() {
System.out.Println (hello) }
}
几种在常量池内存储的数据类型包括：
数量值
字符串值
类引用
字段引用
方法引用
小结
常量池，可以看做是一张表，虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名，方法名，参数类型、字面量等信息。
运行时常量池
运行时常量池（ Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。
常量池表（Constant Pool Table）是Class文件的一部分，==用于存放编译期生成的各种字面量与符号引用==，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。
运行时常量池，在加载类和接口到虚拟机后，就会创建对应的运行时常量池。
JVM为每个已加载的类型（类或接口）都维护一个常量池。池中的数据项像数组项一样，是通过索引访问的。
运行时常量池中包含多种不同的常量，包括编译期就已经明确的数值字面量，也包括到运行期解析后才能够获得的方法或者字段引用。此时不再是常量池中的符号地址了，这里换为真实地址。
运行时常量池，相对于Class文件常量池的另一重要特征是：==具备动态性==。
String.intern()
运行时常量池类似于传统编程语言中的符号表（symbol table） ，但是它所包含的数据却比符号表要更加丰富一些。
当创建类或接口的运行时常量池时，如果构造运行时常量池所需的内存空间超过了方法区所能提供的最大值，则JVM会抛OutOfMemoryError异常。
5、方法区的使用举例
public class MethodAreaDemo {
public static void main(String[] args) {
int x = 500;
int y = 100;
int a = x / y;
int b = 50;
System.out.println(a + b);
}
}
main方法的字节码指令
0 sipush 500
3 istore_1
4 bipush 100
6 istore_2
7 iload_1
8 iload_2
9 idiv
10 istore_3
11 bipush 50
13 istore 4
15 getstatic #2 <java/lang/System.out>
18 iload_3
19 iload 4
21 iadd
22 invokevirtual #3 <java/io/PrintStream.println>
25 return
6、方法区的演进细节
首先明确：只有HotSpot才有永久代。BEA JRockit、IBM J9等来说，是不存在永久代的概念的。原则上如何实现方法区属于虛拟机实现细节，不受《Java虚拟机规范》管束，并不要求统一。
Hotspot中 方法区的变化：
jdk1.6及之前：有永久代（permanent generation） ，静态变量存放在永久代上
jdk1.7：有永久代，但已经逐步“去永久代”，字符串常量池、静态变量移除，保存在堆中
jdk1.8及之后： 无永久代，类型信息、字段、方法、常量保存在本地内存的元空间，但字符串常量池、静态变量仍在堆
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DLwEs6u9-1648379865725)(Pic/1728de56a783aba0)]
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7Zvaxj4d-1648379865726)(Pic/1728de56a783aba0)]
永久代为什么要被元空间替换
随着Java8的到来，HotSpot VM中再也见不到永久代了。但是这并不意味着类.的元数据信息也消失了。这些数据被移到了一个与堆不相连的本地内存区域，这个区域叫做元空间（ Metaspace ）。
由于类的元数据分配在本地内存中，元空间的最大可分配空间就是系统可用内存空间。
这项改动是很有必要的，原因有：
1）为永久代设置空间大小是很难确定的。
在某些场景下，如果动态加载类过多，容易产生Perm区的O0M。比如某个实际Web工程中，因为功能点比较多，在运行过程中，要不断动态加载很多类，经常出现致命错误。"Exception in thread' dubbo client x.x connector’java.lang.OutOfMemoryError： PermGenspace"而元空间和永久代之间最大的区别在于：==元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制==。
2）对永久代进行调优是很困难的。
StringTable 为什么要调整
jdk7中将StringTable放到了堆空间中。因为永久代的回收效率很低，在full
gc的时候才会触发。而full GC 是老年代的空间不足、永久代不足时才会触发。这就导致了StringTable回收效率不高。而我们开发中会有大量的字符串被创建，回收效率低，导致永久代内存不足。放到堆里，能及时回收内存.
如何证明静态变量存在哪
/**
* 《深入理解Java虚拟机》中的案例：
* staticObj、instanceObj、localObj存放在哪里？
*/
public class StaticObjTest {
static class Test {
static ObjectHolder staticObj = new ObjectHolder();
ObjectHolder instanceObj = new ObjectHolder();
void foo() {
ObjectHolder localObj = new ObjectHolder();
System.out.println("done");
}
}
private static class ObjectHolder {
}
public static void main(String[] args) {
Test test = new StaticObjTest.Test();
test.foo();
}
}
staticObj随着Test的类型信息存放在方法区，instance0bj 随着Test的对象实例存放在Java堆，localobject则是存放在foo（）方法栈帧的局部变量表中。
hsdb>scanoops 0x00007f32c7800000 0x00007f32c7b50000 JHSDB_ _TestCase$Obj ectHolder
0x00007f32c7a7c458 JHSDB_ TestCase$Obj ectHolder
0x00007f32c7a7c480 JHSDB_ TestCase$Obj ectHolder
0x00007f32c7a7c490 JHSDB_ TestCase$Obj ectHolder
测试发现：三个对象的数据在内存中的地址都落在Eden区范围内，所以结论：只要是对象实例必然会在Java堆中分配。
接着，找到了一个引用该staticObj对象的地方，是在一个java. lang . Class的实例里，并且给出了这个实例的地址，通过Inspector查看该对象实例，可以清楚看到这确实是一个java.lang.Class类型的对象实例，里面有一个名为staticObj的实例字段：
从《Java 虛拟机规范》所定义的概念模型来看，所有 C1ass 相关的信息都应该存放在方法区之中，但方法区该如何实现，《Java 虚拟机规范》并未做出规定，这就成了一件允许不同虚拟机自己灵活把握的事情。JDK7 及其以后版本的 Hotspot 虚拟机选择把静态变量与类型在 Java 语言一端的映射 C1ass 对象存放在一起，存储于】ava 堆之中，从我们的实验中也明确验证了这一点.
7.方法区的垃圾回收
有些人认为方法区（如Hotspot，虚拟机中的元空间或者永久代）是没有垃圾收集行为的，其实不然。《Java 虚拟机规范》对方法区的约束是非常宽松的，提到过可以不要求虚拟机在方法区中实现垃圾收集。事实上也确实有未实现或未能完整实现方法区类型卸载的收集器存在（如 JDK11 时期的 2GC 收集器就不支持类卸载）。
一般来说这个区域的回收效果比较难令人满意，尤其是类型的卸载，条件相当苛刻。但是这部分区域的回收有时又确实是必要的。以前 Sun 公司的 Bug 列表中，曾出现过的若干个严重的 Bug 就是由于低版本的 Hotspot 虚拟机对此区域未完全回收而导致内存泄漏。
方法区的垃圾收集主要回收两部分内容：常量池中废奔的常量和不再使用的类型
先来说说方法区内常量池之中主要存放的两大类常量：字面量和符号引用。
字面量比较接近Java语言层次的常量概念，如文本字符串、被声明为final的常量值等。而符号引用则属于编译原理方面的概念，包括下面三类常量：
1）类和接口的全限定名
2）字段的名称和描述符
3）方法的名称和描述符
HotSpot虚拟机对常量池的回收策略是很明确的，只要常量池中的常量没有被任何地方引用，就可以被回收。
回收废弃常量与回收Java堆中的对象非常类似。
·判定一个常量是否“废弃”还是相对简单，而要判定一个类型是否属于“不再被使用的类”的条件就比较苛刻了。需要同时满足下面三个条件：
该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类及其任何派生子类的实例。
加载该类的类加载器已经被回收，这个条件除非是经过精心设计的可替换类加载器的场景，如OSGi、JSP的重加载等，否则通常是很难达成的。|】
该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。
Java虛拟机被允许对满足上述三个条件的无用类进行回收，这里说的仅仅是“被允许”，而并不是和对象一样，没有引用了就必然会回收。关于是否要对类型进行回收，HotSpot虚拟机提供了一Xnoclassgc 参数进行控制，还可以使用一verbose：class以及一XX： +TraceClass一Loading、一XX：+TraceClassUnLoading查 看类加载和卸载信息
在大量使用反射、动态代理、CGLib等字节码框架，动态生成JSP以及oSGi这类频繁自定义类加载器的场景中，通常都需要Java虚拟机具备类型卸载的能力，以保证不会对方法区造成过大的内存压力。
8、总结
9、面试题：
百度
三面：说一下JVM内存模型吧，有哪些区？分别干什么的？
蚂蚁金服：
Java8的内存分代改进
JVM内存分哪几个区，每个区的作用是什么？
一面： JVM内存分布/内存结构？栈和堆的区别？堆的结构？为什么两个survivor区？
二面： Eden和Survior的比例分配
小米：
jvm内存分区，为什么要有新生代和老年代
字节跳动：
二面： Java的内存分区
二面：讲讲jvm运行时数据库区
什么时候对象会进入老年代？
京东：
JVM的内存结构，Eden和Survivor比例 。
JVM内存为什么要分成新生代，老年代，持久代。新生代中为什么要分为Eden和Survivor。
天猫：
一面： Jvm内存模型以及分区，需要详细到每个区放什么。
一面： JVM的内存模型，Java8做了什么修改
拼多多：
JVM内存分哪几个区，每个区的作用是什么？
美团：
java内存分配
jvm的永久代中会发生垃圾回收吗？
一面： jvm内存分区，为什么要有新生代和老年代？
3.7 对象的实例化
1、创建对象的方式
new
最常见的方式
变形1 ： Xxx的静态方法
变形2 ： XxBuilder/XxoxFactory的静态方法
Class的newInstance（）：反射的方式，只能调用空参的构造器，权限必须是public
Constructor的newInstance（Xxx）：反射的方式，可以调用空参、带参的构造器，权限没有要求
使用clone（） ：不调用任何构造器，当前类需要实现Cloneable接口，实现clone（）
使用反序列化：从文件中、从网络中获取一个对象的二进制流
第三方库Objenesis
2、创建对象的步骤
判断对象对应的类是否加载、链接、初始化
为对象分配内存
如果内存规整一指针碰撞
如果内存不规整：
虚拟机需要维护一个列表
空闲列表分配
处理并发安全问题
采用CAS配上失败重试保证更新的原子性
每个线程预先分配一块TLAB
初始化分配到的空间一所有属性设置默认值，保证对象实例字段在不赋值时可以直接使用
设置对象的对象头
执行init方法进行初始化
1) 判断对象对应的类是否加载、链接、初始化
虚拟机遇到一条new指令，首先去检查这个指令的参数能否在Metaspace的常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已经被加载、解析和初始化。（ 即判断类元信息是否存在）。如果没有，那么在双亲委派模式下，使用当前类加载器以ClassLoader+包名+类名为Key进行查找对应的.class文件。如果没有找到文件，则抛出ClassNotFoundException异常，如果找到，则进行类加载，并生成对应的Class类对象
2) 为对象分配内存
首先计算对象占用空间大小，接着在堆中划分一块内存给新对象。
如果实例成员变量是引用变量，仅分配引用变量空间即可，即4个字节大小。
如果内存规整，使用指针碰撞
如果内存是规整的，那么虚拟机将采用的是指针碰撞法（BumpThePointer）来为对象分配内存。意思是所有用过的内存在一边，空闲的内存在另外一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，分配内存就仅仅是把指针向空闲那边挪动一段与对象大小相等的距离罢了。如果垃圾收集器选择的是Serial、ParNew这种基于压缩算法的，虚拟机采用这种分配方式。一般使用带有compact （整理）过程的收集器时，使用指针碰撞。
如果内存不规整，虚拟机需要维护一个列表，使用空闲列表分配
如果内存不是规整的，已使用的内存和未使用的内存相互交错，那么虛拟机将采用的是空闲列表法来为对象分配内存。意思是虚拟机维护了一个列表，记录上哪些内存块是可用的，再分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的内容。这种分配方式成为“空闲列表（Free List） ”。
说明：选择哪种分配方式由Java堆是否规整决定，而Java堆是否规整又由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。
给对象的属性赋值的操作：
① 属性的默认初始化
② 显式初始化
③ 代码块中初始化
④ 构造器中初始化
3) 处理并发安全问题
在分配内存空间时，另外一个问题是及时保证new对象时候的线程安全性：创建对象是非常频繁的操作，虚拟机需要解决并发问题。虚拟机采用 了两种方式解决并发问题：
CAS（Compare And Swap）失败重试、区域加锁：保证指针更新操作的原子性；
TLAB把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在Java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲区，（TLAB ，Thread Local
Allocation Buffer） 虚拟机是否使用TLAB，可以通过一XX：+/一UseTLAB参数来 设定。
4) 初始化分配到的空间
内存分配结束，虚拟机将分配到的内存空间都初始化为零值（不包括对象头）。这一步保证了对象的实例字段在Java代码中可以不用赋初始值就可以直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。
5) 设置对象的对象头
将对象的所属类（即类的元数据信息）、对象的HashCode和对象的GC信息、锁信息等数据存储在对象的对象头中。这个过程的具体设置方式取决于JVM实现。
6) 执行init方法进行初始化
在Java程序的视角看来，初始化才正式开始。初始化成员变量，执行实例化代码块，调用类的构造方法，并把堆内对象的首地址赋值给引用变量。
因此一般来说（由字节码中是否跟随有invokespecial指令所决定），new指令之 后会接着就是执行方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化，这样一个真正可用的对象才算完全创建出来。
代码示例
/**
* 测试对象实例化的过程
* ① 加载类元信息 - ② 为对象分配内存 - ③ 处理并发问题 - ④ 属性的默认初始化（零值初始化）
* - ⑤ 设置对象头的信息 - ⑥ 属性的显式初始化、代码块中初始化、构造器中初始化
*
* 给对象的属性赋值的操作：
* ① 属性的默认初始化 - ② 显式初始化 / ③ 代码块中初始化 - ④ 构造器中初始化
*
*/
public class Customer{
int id = 1001;
String name;
Account acct;
{
name = "匿名客户";
}
public Customer(){
acct = new Account();
}
}
class Account{
}
3.8 对象的内存布局
对象头（Header）
包含两部分
运行时元数据
哈希值（ HashCode ）
GC分代年龄
锁状态标志
线程持有的锁
偏向线程ID
偏向时间戳
类型指针：指向类元数据的InstanceKlass，确定该对象所属的类型
说明：如果是数组，还需记录数组的长度
实例数据（Instance Data）
说明：它是对象真正存储的有效信息，包括程序代码中定义的各种类型的字段（包括从父类继承下来的和本身拥有的字段）规则：
相同宽度的字段总被分配在一起
父类中定义的变量会出现在子类之前
如果CompactFields参数为true（默认为true），子类的窄变量可能插入到父类变量的空隙
对齐填充（Padding）
不是必须的，也没特别含义，仅仅起到占位符作用
小结
public class CustomerTest {
public static void main(String[] args) {
Customer cust = new Customer();
}
}
3.9 对象的访问定位
JVM是如何通过栈帧中的对象引|用访问到其内部的对象实例的呢？-> 定位,通过栈上reference访问
对象访问的主要方式有两种
句柄访问
直接指针(HotSpot采用)
3.10 直接内存
不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是《Java虚拟机规范》中定义的内存区域
直接内存是Java堆外的、直接向系统申请的内存区间
/**
* IO NIO (New IO / Non-Blocking IO)
* byte[] / char[] Buffer
* Stream Channel
*
* 查看直接内存的占用与释放
*/
public class BufferTest {
private static final int BUFFER = 1024 * 1024 * 1024;//1GB
public static void main(String[] args){
//直接分配本地内存空间
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(BUFFER);
System.out.println("直接内存分配完毕，请求指示！");
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
scanner.next();
System.out.println("直接内存开始释放！");
byteBuffer = null;
System.gc();
scanner.next();
}
}
来源于NIO，通过存在堆中的DirectByteBuffer操作Native内存
通常，访问直接内存的速度会优于Java堆。即读写性能高
因此出于性能考虑，读写频繁的场合可能会考虑使用直接内存
Java的NIO库允许Java程序使用直接内存，用于数据缓冲区
也可能导致OutOfMemoryError异常:OutOfMemoryError: Direct buffer memory
/**
* 本地内存的OOM: OutOfMemoryError: Direct buffer memory
*/
public class BufferTest2 {
private static final int BUFFER = 1024 * 1024 * 20;//20MB
public static void main(String[] args) {
ArrayList<ByteBuffer> list = new ArrayList<>();
int count = 0;
try {
while(true){
ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(BUFFER);
list.add(byteBuffer);
count++;
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
} finally {
System.out.println(count);
}
}
}
由于直接内存在Java堆外，因此它的大小不会直接受限于一Xmx指定的最大堆大小，但是系统内存是有限的，Java堆和直接内存的总和依然受限于操作系统能给出的最大内存。
==缺点==
分配回收成本较高
不受JVM内存回收管理
直接内存大小可以通过MaxDirectMemorySize设置
如果不指定，默认与堆的最大值一Xmx参数值一致
简单理解：
java process memory = java heap + native memory
四、执行引擎
4.1 执行引擎概述
-
- 执行引擎是Java虚拟机的核心组成部分之一 - 虚拟机是一个相对于“物理机”的概念，这两种机器都有代码执行能力，其区别是物理机的执行引擎是直接建立在处理器、缓存、指令集和操作系统层面上的，而虚拟机的执行引擎则是由软件自行实现的，因此可以不受物理条件制约地定制指令集与执行引擎的结构体系，能够执行那些不被硬件直接支持的指令集格式。 - JVM的主要任务是==负责装载字节码到其内部==，但字节码并不能够直接运行在操作系统之上，因为字节码指令并非等价于本地机器指令，它内部包含的仅仅只是一些能够被JVM锁识别的字节码指令、符号表和其他辅助信息 - 那么，如果想让一个Java程序运行起来、执行引擎的任务就是==将字节码指令解释/编译为对应平台上的本地机器指令才可以==。简单来说，JVM中的执行引擎充当了将高级语言翻译为机器语言的译者. - 执行引擎的工作过程 - 从外观上来看，所有的Java虚拟机的执行引擎输入、输出都是一致的：输入的是字节码二进制流，处理过程是字节码解析执行的等效过程，输出的是执行结果。
1）执行引擎在执行的过程中究竟需要执行什么样的字节码指令完全依赖于PC寄存器。
2）每当执行完一项指令操作后，PC寄存器就会更新下一条需要被执行的指令地址。
3）当然方法在执行的过程中，执行引擎有可能会通过存储在局部变量表中的对象引用准确定位到存储在Java堆区中的对象实例信息，以及通过对象头中的元数据指针定位到目标对象的类型信息。
4.2 Java代码编译和执行过程
大部分的程序代码转换成物理机的目标代码或虚拟机能执行的指令集之前，都需要经过下面图中的各个步骤：
Java代码编译是由Java源码编译器来完成，流程图如下所示：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-9pa7FNFa-1648379865727)(Pic/172933480ac44fb8)]
Java字节码的执行是由JVM执行引擎来完成，流程图如下所示：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-CmfgaqQU-1648379865728)(Pic/1729334a1a335e4c)]
什么是解释器（ Interpreter），什么是JIT编译器？
解释器：当Java虚拟机启动时会根据预定义的规范对字节码采用逐行解释的方式执行，将每条字节码文件中的内容“翻译”为对应平台的本地机器指令执行。
JIT （Just In Time Compiler）编译器（即时编译器）：就是虚拟机将源代码直接编译成和本地机器平台相关的机器语言。
为什么说Java是半编译半解释型语言？
JDK1.0时代，将Java语言定位为“解释执行”还是比较准确的。再后来，Java也发展出可以直接生成本地代码的编译器。
现在JVM在执行Java代码的时候，通常都会将解释执行与编译执行二者结合起来进行。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-fP81BTYo-1648379865729)(Pic/172933531eb0cea7)]
4.3 机器码、指令、汇编语言
### 机器码
- 各种用二进制编码方式表示的指令，叫做==机器指令码==。开始，人们就用它采编写程序，这就是机器语言。
- 机器语言虽然能够被计算机理解和接受，但和人们的语言差别太大，不易被人们理解和记忆，并且用它编程容易出差错。
- 用它编写的程序一经输入计算机，CPU直接读取运行，因此和其他语言编的程序相比，执行速度最快。
- 机器指令与CPU紧密相关，所以不同种类的CPU所对应的机器指令也就不同。
### 指令
- 由于机器码是有0和1组成的二进制序列，可读性实在太差，于是人们发明了指令。
- 指令就是把机器码中特定的0和1序列，简化成对应的指令（一般为英文简写，如mov，inc等），可读性稍好
- 由于不同的硬件平台，执行同一个操作，对应的机器码可能不同，所以不同的硬件平台的同一种指令（比如mov），对应的机器码也可能不同。
#### 指令集
- 不同的硬件平台，各自支持的指令，是有差别的。因此每个平台所支持的指令，称之为对应平台的指令集。
- 如常见的
- x86指令集，对应的是x86架构的平台
- ARM指令集，对应的是ARM架构的平台
### 汇编语言
- 由于指令的可读性还是太差，于是人们又发明了汇编语言。
- 在汇编语言中，用助记符（Mnemonics）代替机器指令的操作码，用地址符号（Symbol）或标号（Label）代替指令或操作数的地址。
- 在不同的硬件平台，汇编语言对应着不同的机器语言指令集，通过汇编过程转换成机器指令。
- 由于计算机只认识指令码，所以用汇编语言编写的程序还必须翻译成机器指令码，计算机才能识别和执行。
### 高级语言
- 为了使计算机用户编程序更容易些，后来就出现了各种高级计算机语言。高级语言比机器语言、汇编语言更接近人的语言
- 当计算机执行高级语言编写的程序时，仍然需要把程序解释和编译成机器的指令码。完成这个过程的程序就叫做解释程序或编译程序。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-tiDTPECI-1648379865730)(Pic/1729335b173e3d31)]
#### 字节码
- 字节码是一种中间状态（中间码）的二进制代码（文件），它比机器码更抽象，需要直译器转译后才能成为机器码
- 字节码主要为了实现特定软件运行和软件环境、与硬件环境无关。
- 字节码的实现方式是通过编译器和虚拟机器。编译器将源码编译成字节码，特定平台上的虚拟机器将字节码转译为可以直接执行的指令。
- 字节码的典型应用为Java bytecode
#### C、C++源程序执行过程
编译过程又可以分成两个阶段：编译和汇编。
- 编译过程：是读取源程序（字符流），对 之进行词法和语法的分析，将高级语言指令转换为功能等效的汇编代码
- 汇编过程：实际上指把汇编语言代码翻译成目标机器指令的过程。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ofpqlJ2e-1648379865731)(Pic/172933609774cda3)]
4.4 解释器
JVM设计者们的初衷仅仅只是单纯地为了==满足Java程序实现跨平台特性==，因此避免采用静态编译的方式直接生成本地机器指令，从而诞生了实现解释器在运行时采用逐行解释字节码执行程序的想法。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LUcdnFqG-1648379865732)(Pic/172933694cc12661)]
- 解释器真正意义上所承担的角色就是一个运行时“翻译者”，将字节码文件中的内容“翻译”为对应平台的本地机器指令执行。
- 当一条字节码指令被解释执行完成后，接着再根据PC寄存器中记录的下一条需要被执行的字节码指令执行解释操作。
在Java的发展历史里，一共有两套解释执行器，即古老的==字节码解释器==、现在普遍使用的==模板解释器==。
字节码解释器在执行时通过纯软件代码模拟字节码的执行，效率非常低下。· - 而模板解释器将每一 条字节码和一个模板函数相关联，模板函数中直接产生这条字节码执行时的机器码，从而很大程度上提高了解释器的性能。
- 在HotSpot VM中，解释器主要由Interpreter模块和Code模块构成。
- Interpreter模块：实现了解释器的核心功能
- Code模块：用于管理HotSpot VM在运行时生成的本地机器指令
#### 现状
- 由于解释器在设计和实现上非常简单，因此除了Java语言之外，还有许多高级语言同样也是基于解释器执行的，比如Python、 Perl、Ruby等。但是在今天，基于解释器执行已经沦落为低效的代名词，并且时常被一些C/C+ +程序员所调侃。
- 为了解决这个问题，JVM平台支持一种叫作即时编译的技术。即时编译的目的是避免函数被解释执行，而是将整个函数体编译成为机器码，每次函数执行时，只执行编译后的机器码即可，这种方式可以使执行效率大幅度提升。
- 不过无论如何，基于解释器的执行模式仍然为中间语言的发展做出了不可磨灭的贡献。
4.5 JIT编译器
1、HotSpot VM 为何解释器与JIT编译器共存
java代码的执行分类：
- 第一种是将源代码编译成字节码文件，然后再运行时通过解释器将字节码文件转为机器码执行
- 第二种是编译执行（直接编译成机器码）。现代虚拟机为了提高执行效率，会使用即时编译技术（JIT,Just In Time）将方法编译成机器码后再执行
HotSpot VM是目前市面上高性能虛拟机的代表作之一。它采用==解释器与即时编译器并存的架构==。在Java虛拟机运行时，解释器和即时编译器能够相互协作，各自取长补短，尽力去选择最合适的方式来权衡编译本地代码的时间和直接解释执行代码的时间。
在今天，Java程序的运行性能早已脱胎换骨，已经达到了可以和C/C++程序一较高下的地步。
#### 解释器依然存在的必要性
有些开发人员会感觉到诧异，既然HotSpotVM中已经内置JIT编译器了，那么为什么还需要再使用解释器来“拖累”程序的执行性能呢？比如JRockit VM内部就不包含解释器，字节码全部都依靠即时编译器编译后执行。
**首先明确**：
当程序启动后，解释器可以马上发挥作用，省去编译的时间，立即执行。 编译器要想发挥作用，把代码编译成本地代码，需要一定的执行时间。但编译为本地代码后，执行效率高。
**所以**：
尽管JRockitVM中程序的执行性能会非常高效，但程序在启动时必然需要花费更长的时间来进行编译。对于服务端应用来说，启动时间并非是关注重点，但对于那些看中启动时间的应用场景而言，或许就需要采用解释器与即时编译器并存的架构来换取一一个平衡点。在此模式下，==当Java虚拟器启动时，解释器可以首先发挥作用，而不必等待即时编译器全部编译完成后再执行，这样可以省去许多不必要的编译时间。随着时间的推移，编译器发挥作用，把越来越多的代码编译成本地代码，获得更高的执行效率。==
同时，解释执行在编译器进行激进优化不成立的时候，作为编译器的“逃生门”。
#### HostSpot JVM的执行方式
当虛拟机启动的时候，解释器可以首先发挥作用，而不必等待即时编译器全部编译完成再执行，这样可以省去许多不必要的编译时间。并且随着程序运行时间的推移，即时编译器逐渐发挥作用，==根据热点探测功能，将有价值的字节码编译为本地机器指令，以换取更高的程序执行效率。==
##### 案例
注意解释执行与编译执行在线上环境微妙的辩证关系。机器在热机状态可以承受的负载要大于冷机状态。如果以热机状态时的流量进行切流，可能使处于冷机状态的服务器因无法承载流量而假死。
在生产环境发布过程中，以分批的方式进行发布，根据机器数量划分成多个批次，每个批次的机器数至多占到整个集群的1/8。曾经有这样的故障案例：某程序员在发布平台进行分批发布，在输入发布总批数时，误填写成分为两批发布。如果是热机状态，在正常情况下一半的机器可以勉强承载流量，但由于刚启动的JVM均是解释执行，还没有进行热点代码统计和JIT动态编译，导致机器启动之后，当前1/2发布成功的服务器马上全部宕机，此故障说明了JIT的存在。一阿里团队
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-yPGcwt4o-1648379865733)(Pic/1729336fe2d19d44)]
2、JIT编译器
#### 概念解释
- Java 语言的“编译器” 其实是一段“不确定”的操作过程，因为它可能是指一个==前端编译器==（其实叫“编译器的前端” 更准确一些）把.java文件转变成.class文件的过程；
- 也可能是指虚拟机的==后端运行期编译器==（JIT 编译器，Just In Time Compiler）把字节码转变成机器码的过程。
- 还可能是指使用==静态提前编译器==（AOT 编译器，Ahead Of Time Compiler）直接把. java文件编译成本地机器代码的过程。
前端编译器： Sun的Javac、 Eclipse JDT中的增量式编译器（ECJ）
JIT编译器： HotSpot VM的C1、C2编译器。
AOT编译器： GNU Compiler for the Java （GCJ） 、Excelsior JET。
#### 热点代码及探测方式
当然是否需要启动JIT编译器将字节码直接编译为对应平台的本地机器指令，则需要根据代码被调用执行的频率而定。关于那些需要被编译为本地代码的字节码，也被称之为“热点代码” ，JIT编译器在运行时会针对那些频繁被调用的“热点代码”做出深度优化，将其直接编译为对应平台的本地机器指令，以此提升Java程序的执行性能。
- 一个被多次调用的方法，或者是一个方法体内部循环次数较多的循环体都可以被称之为“热点代码”，因此都可以通过JIT编译器编译为本地机器指令。由于这种编译方式发生在方法的执行过程中，因此也被称之为栈上替换，或简称为OSR （On StackReplacement）编译。
- 一个方法究竟要被调用多少次，或者一个循环体究竟需要执行多少次循环才可以达到这个标准？必然需要一个明确的阈值，JIT编译器才会将这些“热点代码”编译为本地机器指令执行。这里主要依靠==热点探测功能==。
- ==目前HotSpot VM所采用的热点探测方式是基于计数器的热点探测==。
- 采用基于计数器的热点探测，HotSpot VM将会为每一个 方法都建立2个不同类型的计数器，分别为方法调用计数器（Invocation Counter） 和回边计数器（BackEdge Counter） 。
- 方法调用计数器用于统计方法的调用次数
- 回边计数器则用于统计循环体执行的循环次数
##### 方法调用计数器
- 这个计数器就用于统计方法被调用的次数，它的默认阈值在Client 模式 下是1500 次，在Server 模式下是10000 次。超过这个阈值，就会触发JIT编译。
- 这个阈值可以通过虚拟机参数一XX ：CompileThreshold来人为设定。
- 当一个方法被调用时， 会先检查该方法是否存在被JIT编译过的版本，如 果存在，则优先使用编译后的本地代码来执行。如果不存在已被编译过的版本，则将此方法的调用计数器值加1，然后判断方法调用计数器与回边计数器值之和是否超过方法调用计数器的阈值。如果已超过阈值，那么将会向即时编译器提交一个该方法的代码编译请求。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-xDX5C8vP-1648379865734)(Pic/172933785afec215)]
**热度衰减**
- 如果不做任何设置，方法调用计数器统计的并不是方法被调用的绝对次数，而是一一个相对的执行频率，即一段时间之内方法被调用的次数。当超过一定的时间限度， 如果方法的调用次数仍然不足以让它提交给即时编译器编译，那这个方法的调用计数器就会被减少一半，这个过程称为方法调用计数器热度的衰减（Counter Decay） ，而这段时间就称为此方法统计的半衰周期（Counter Half Life Time）。
- 进行热度衰减的动作是在虚拟机进行垃圾收集时顺便进行的，可以使用虚拟机参数 -XX：-UseCounterDecay来关闭热度衰减，让方法计数器统计方法调用的绝对次数，这样，只要系统运行时间足够长，绝大部分方法都会被编译成本地代码。
- 另外， 可以使用-XX： CounterHalfLifeTime参数设置半衰周期的时间，单位是秒。
##### 回边计数器
它的作用是统计一个方法中循环体代码执行的次数，在字节码中遇到控制流向后跳转的指令称为“回边” （Back Edge）。显然，建立回边计数器统计的目的就是为了触发OSR编译。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-523ASwE9-1648379865735)(Pic/1729337da4233b93)]
#### HotSpot VM 可以设置程序执行方式
缺省情况下HotSpot VM是采用解释器与即时编译器并存的架构，当然开发人员可以根据具体的应用场景，通过命令显式地为Java虚拟机指定在运行时到底是完全采用解释器执行，还是完全采用即时编译器执行。如下所示：
- -Xint： 完全采用解释器模式执行程序；
- -Xcomp： 完全采用即时编译器模式执行程序。如果即时编译出现问题，解释器会介入执行。
- -Xmixed：采用解释器+即时编译器的混合模式共同执行程序。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-V7wxX4ok-1648379865736)(Pic/17293384f2fd17a7)]
##### 测试解释器模式和JIT编译模式
测试表明：
- 纯解释器模式速度最慢（JVM1.0版本用的就是纯解释器执行）
- 混合模式速度更快
/**
* 测试解释器模式和JIT编译模式
* -Xint : 6520ms
* -Xcomp : 950ms
* -Xmixed : 936ms
*/
public class IntCompTest {
public static void main(String[] args) {
long start = System.currentTimeMillis();
testPrimeNumber(1000000);
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("花费的时间为：" + (end - start));
}
public static void testPrimeNumber(int count){
for (int i = 0; i < count; i++) {
//计算100以内的质数
label:for(int j = 2;j <= 100;j++){
for(int k = 2;k <= Math.sqrt(j);k++){
if(j % k == 0){
continue label;
}
}
//System.out.println(j);
}
}
}
}
#### HotSpot VM 中的JIT分类
在HotSpot VM中内嵌有两个JIT编译器，分别为Client Compiler和Server Compiler，但大多数情况下我们简称为C1编译器和C2编译器。开发人员可以通过如下命.令显式指定Java虚拟机在运行时到底使用哪一种即时编译器，如下所示：
- -client： 指定Java虚拟机运行在Client模式下，并使用C1编译器；
- C1编译器会对字节码进行==简单和可靠的优化，耗时短==。以达到更快的编译速度。
- -server： 指定Java虚拟机运行在Server模式下，并使用C2编译器。
- C2进行==耗时较长的优化，以及激进优化==。但优化的代码执行效率更高。
##### C1和C2编译器不同的优化策略
- 在不同的编译器上有不同的优化策略，C1编译器上主要有方法内联，去虚拟化、冗余消除。
- 方法内联：将引用的函数代码编译到引用点处，这样可以减少栈帧的生成，减少参数传递以及跳转过程
- 去虚拟化：对唯一的实现类进行内联
- 冗余消除：在运行期间把一些不会执行的代码折叠掉
- C2的优化主要是在全局层面，逃逸分析是优化的基础。基于逃逸分析在C2.上有如下几种优化：（server模式下才会有这些优化，64位系统默认就是server模式）
- 标量替换：用标量值代替聚合对象的属性值
- 栈上分配：对于未逃逸的对象分配对象在栈而不是堆
- 同步消除：清除同步操作，通常指synchronized
分层编译（Tiered Compilation）策略：程序解释执行（不开启性能监控）可以触发C1编译，将字节码编译成机器码，可以进行简单优化，也可以加上性能监控，C2编译会根据性能监控信息进行激进优化。
不过在Java7版本之后，一旦开发人员在程序中显式指定命令“一server"时，默认将会开启分层编译策略，由C1编译器和C2编译器相互协作共同来执行编译任务。
##### 总结
- 一般来讲，JIT编译出来的机器码性能比解释器高。
- C2编译器启动时长比C1编译器慢，系统稳定执行以后，C2编译器执行速度远远快于C1编译器。
3、Graal编译器与AOT编译器
### Graal编译器
- 自JDK10起，HotSpot又加入一个全新的即时编译器： Graal编译器
- 编译效果短短几年时间就追评了C2编译器。未来可期。
- 目前，带着“实验状态"标签，需要使用开关参数 -XX： +UnlockExperimentalVMOptions 一XX： +UseJVMCICompiler去激活，才可以使用。
### AOT编译器
- jdk9引入了AOT编译器（静态提前编译器，Ahead Of Time Compiler）
- Java 9引入了实验性AOT编译工具jaotc。它借助了Graal 编译器，将所输入的Java 类文件转换为机器码，并存放至生成的动态共享库之中。
- 所谓AOT编译，是与即时编译相对立的一个概念。我们知道，即时编译指的是在程序的运行过程中，将字节码转换为可在硬件上直接运行的机器码，并部署至托管环境中的过程。而AOT编译指的则是，在程序运行之前，便将字节码转换为机器码的过程。
- 最大好处： Java虚拟机加载已经预编译成二进制库，可以直接执行。不必等待即时编译器的预热，减少Java应用给人带来“第一次运行慢”的不良体验。
- 缺点：
- 破坏了java"一次编译，到处运行”，必须为每个不同硬件、oS编译对应的发行包。
- 降低了Java链接过程的动态性，加载的代码在编译期就必须全部已知。
- 还需要继续优化中，最初只支持Linux x64 java base
五、StringTable
5.1 String的基本特性
- String：字符串，使用一对""引起来表示。
- String sl = "hello"；//字面量的定义方式
- String s2 = new String（"hello"） ；
- String声明为final的， 不可被继承
- String实现了Serializable接口：表示字符串是支持序列化的。 实现了Comparable接口：表示String可以比较大小
- ==String在jdk8及以前内部定义了final char[],value用于存储字符串数据。jdk9时改为byte[]==
- `结论： String再也不用char[] 来存储啦，改成了byte[] 加上编码标记，节约了一些空间。StringBuffer和StringBuilder也做了一些修改`
public final class String implements java.io.Serializable， Comparable<String>,CharSequence {
@Stable
private final byte[] value；
}
- String：代表不可变的字符序列。简称：不可变性。
- 当对字符串重新赋值时，需要重写指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
- 当对现有的字符串进行连接操作时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
- 当调用String的replace（）方法修改指定字符或字符串时，也需要重新指定内存区域赋值，不能使用原有的value进行赋值。
- 通过字面量的方式（区别于new）给一个字符串赋值，此时的字符串值声明在字符串常量池中。
/**
* String的基本使用:体现String的不可变性
*/
public class StringTest1 {
@Test
public void test1() {
String s1 = "abc";//字面量定义的方式，"abc"存储在字符串常量池中
String s2 = "abc";
s1 = "hello";
System.out.println(s1 == s2);//判断地址：true --> false
System.out.println(s1);//
System.out.println(s2);//abc
}
@Test
public void test2() {
String s1 = "abc";
String s2 = "abc";
s2 += "def";
System.out.println(s2);//abcdef
System.out.println(s1);//abc
}
@Test
public void test3() {
String s1 = "abc";
String s2 = s1.replace('a', 'm');
System.out.println(s1);//abc
System.out.println(s2);//mbc
}
}
==字符串常量池中是不会存储相同内容的字符串的。==
- String的String Pool 是一个固定大小的Hashtable，默认值大小长度是1009。如果放进StringPool的String非常多， 就会造成Hash冲突严重，从而导致链表会很长，而链表长了后直接会造成的影响就是当调用String. intern时性能会大幅下降。
- 使用一XX： StringTableSize可设置StringTable的长度
- 在jdk6中StringTable是固定的，就是1009的长度，所以如果常量池中的字符串过多就会导致效率下降很快。StringTableSize设 置没有要求
- 在jdk7中，StringTable的长度默认值是60013
- jdk8开始,1009是StringTable长度可设置的最小值
5.2 String的内存分配
- 在Java语言中有8种基本数据类型和一种比较特殊的类型String。这些 类型为了使它们在运行过程中速度更快、更节省内存，都提供了一种常量池的概念。
- 常量池就类似一.个Java系统级别提供的缓存。8种基本数据类型的常量 池都是系统协调的，String类 型的常量池比较特殊。它的主要使用方法有两种。
- 直接使用双引号声明出来的String对象会直接存储在常量池中。
- 比如： String info = "abc" ；
- 如果不是用双引号声明的String对象，可以使用String提供的intern（）方法。这个后面重点谈
- Java 6及以前，字符串常量池存放在永久代。
- Java 7中Oracle的工程师对字符串池的逻辑做了很大的改变，即将字符串常量池的位置调整到Java堆内。
- 所有的字符串都保存在堆（Heap）中，和其他普通对象一样，这样可以让你在进行调优应用时仅需要调整堆大小就可以了。
- 字符串常量池概念原本使用得比较多，但是这个改动使得我们有足够的理由让我们重新考虑在Java 7中使用String. intern（）。
- Java8元空间，字符串常量在堆
**StringTable为什么要调整**
①永久代permSize默认比较小;
②永久代的垃圾回收频率低;
5.3 String的基本操作
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class Memory {
public static void main(String[] args) {//line 1
int i = 1;//line 2
Object obj = new Object();//line 3
Memory mem = new Memory();//line 4
mem.foo(obj);//line 5
}//line 9
private void foo(Object param) {//line 6
String str = param.toString();//line 7
System.out.println(str);
}//line 8
}
复制代码
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5.4 字符串拼接操作
- 1.常量与常量的拼接结果在常量池，原理是编译期优化
- 2.常量池中不会存在相同内容的常量。
- 3.==只要其中有一个是变量，结果就在堆中==。变量拼接的原理是StringBuilder
- 4.如果拼接的结果调用intern（）方法，则主动将常量池中还没有的字符串对象放入池中，并返回此对象地址。
@Test
public void test1(){
String s1 = "a" + "b" + "c";//编译期优化：等同于"abc"
String s2 = "abc"; //"abc"一定是放在字符串常量池中，将此地址赋给s2
/*
* 最终.java编译成.class,再执行.class
* String s1 = "abc";
* String s2 = "abc"
*/
System.out.println(s1 == s2); //true
System.out.println(s1.equals(s2)); //true
}
@Test
public void test2(){
String s1 = "javaEE";
String s2 = "hadoop";
String s3 = "javaEEhadoop";
String s4 = "javaEE" + "hadoop";//编译期优化
//如果拼接符号的前后出现了变量，则相当于在堆空间中new String()，具体的内容为拼接的结果：javaEEhadoop
String s5 = s1 + "hadoop";
String s6 = "javaEE" + s2;
String s7 = s1 + s2;
System.out.println(s3 == s4);//true
System.out.println(s3 == s5);//false
System.out.println(s3 == s6);//false
System.out.println(s3 == s7);//false
System.out.println(s5 == s6);//false
System.out.println(s5 == s7);//false
System.out.println(s6 == s7);//false
//intern():判断字符串常量池中是否存在javaEEhadoop值，如果存在，则返回常量池中javaEEhadoop的地址；
//如果字符串常量池中不存在javaEEhadoop，则在常量池中加载一份javaEEhadoop，并返回次对象的地址。
String s8 = s6.intern();
System.out.println(s3 == s8);//true
}
复制代码
**字符串拼接**
@Test
public void test3(){
String s1 = "a";
String s2 = "b";
String s3 = "ab";
/*
如下的s1 + s2 的执行细节：(变量s是我临时定义的）
① StringBuilder s = new StringBuilder();
② s.append("a")
③ s.append("b")
④ s.toString() --> 约等于 new String("ab")
补充：在jdk5.0之后使用的是StringBuilder,
在jdk5.0之前使用的是StringBuffer
*/
String s4 = s1 + s2;//
System.out.println(s3 == s4);//false
}
/*
1. 字符串拼接操作不一定使用的是StringBuilder!
如果拼接符号左右两边都是字符串常量或常量引用，则仍然使用编译期优化，即非StringBuilder的方式。
2. 针对于final修饰类、方法、基本数据类型、引用数据类型的量的结构时，能使用上final的时候建议使用上。
*/
@Test
public void test4(){
final String s1 = "a";
final String s2 = "b";
String s3 = "ab";
String s4 = s1 + s2;
System.out.println(s3 == s4);//true
}
//练习：
@Test
public void test5(){
String s1 = "javaEEhadoop";
String s2 = "javaEE";
String s3 = s2 + "hadoop";
System.out.println(s1 == s3);//false
final String s4 = "javaEE";//s4:常量
String s5 = s4 + "hadoop";
System.out.println(s1 == s5);//true
}
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### 拼接操作与append的效率对比
append效率要比字符串拼接高很多
/*
体会执行效率：通过StringBuilder的append()的方式添加字符串的效率要远高于使用String的字符串拼接方式！
详情：① StringBuilder的append()的方式：自始至终中只创建过一个StringBuilder的对象
使用String的字符串拼接方式：创建过多个StringBuilder和String的对象
② 使用String的字符串拼接方式：内存中由于创建了较多的StringBuilder和String的对象，内存占用更大；如果进行GC，需要花费额外的时间。
改进的空间：在实际开发中，如果基本确定要前前后后添加的字符串长度不高于某个限定值highLevel的情况下,建议使用构造器实例化：
StringBuilder s = new StringBuilder(highLevel);//new char[highLevel]
*/
@Test
public void test6(){
long start = System.currentTimeMillis();
// method1(100000);//4014
method2(100000);//7
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("花费的时间为：" + (end - start));
}
public void method1(int highLevel){
String src = "";
for(int i = 0;i < highLevel;i++){
src = src + "a";//每次循环都会创建一个StringBuilder、String
}
// System.out.println(src);
}
public void method2(int highLevel){
//只需要创建一个StringBuilder
StringBuilder src = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < highLevel; i++) {
src.append("a");
}
// System.out.println(src);
}
5.5 intern()的使用
如果不是用双引号声明的String对象，可以使用String提供的intern方法： intern方***从字符串常量池中查询当前字符串是否存在，若不存在就会将当前字符串放入常量池中。
- 比如： String myInfo = new String("I love u").intern()；
也就是说，如果在任意字符串上调用String. intern方法，那么其返回结果所指向的那个类实例，必须和直接以常量形式出现的字符串实例完全相同。因此，下 列表达式的值必定是true： （"a" + "b" + "c"）.intern（）== "abc";
通俗点讲，Interned String就是确保字符串在内存里只有一份拷贝，这样可以节约内存空间，加快字符串操作任务的执行速度。注意，这个值会被存放在字符串内部池（String Intern Pool）。
new String("ab")会创建几个对象,new String("a")+new String("b")呢
public class StringNewTest {
public static void main(String[] args) {
// String str = new String("ab");
String str = new String("a") + new String("b");
}
}
new String("ab")会创建几个对象？看字节码，就知道是两个。
- 一个对象是：new关键字在堆空间创建的
- 另一个对象是：字符串常量池中的对象"ab"。 字节码指令：ldc
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-wXrLghk3-1648379865741)(Pic/172bac7ac131c390)]
new String("a") + new String("b")呢？
- 对象1：new StringBuilder()
- 对象2： new String("a")
- 对象3： 常量池中的"a"
- 对象4： new String("b")
- 对象5： 常量池中的"b"
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-vXd1LGSj-1648379865742)(Pic/172bac7f8a34c42e)]
深入剖析： StringBuilder的toString():
- 对象6 ：new String("ab")
- 强调一下，toString()的调用，在字符串常量池中，没有生成"ab"
关于String.intern()的面试题
/**
* 如何保证变量s指向的是字符串常量池中的数据呢？
* 有两种方式：
* 方式一： String s = "shkstart";//字面量定义的方式
* 方式二： 调用intern()
* String s = new String("shkstart").intern();
* String s = new StringBuilder("shkstart").toString().intern();
*
*/
public class StringIntern {
public static void main(String[] args) {
String s = new String("1");
String s1 = s.intern();//调用此方法之前，字符串常量池中已经存在了"1"
String s2 = "1";
//s 指向堆空间"1"的内存地址
//s1 指向字符串常量池中"1"的内存地址
//s2 指向字符串常量池已存在的"1"的内存地址 所以 s1==s2
System.out.println(s == s2);//jdk6：false jdk7/8：false
System.out.println(s1 == s2);//jdk6: true jdk7/8：true
System.out.println(System.identityHashCode(s));//491044090
System.out.println(System.identityHashCode(s1));//644117698
System.out.println(System.identityHashCode(s2));//644117698
//s3变量记录的地址为：new String("11")
String s3 = new String("1") + new String("1");
//执行完上一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！
//在字符串常量池中生成"11"。如何理解：jdk6:创建了一个新的对象"11",也就有新的地址。
// jdk7:此时常量中并没有创建"11",而是创建一个指向堆空间中new String("11")的地址
s3.intern();
//s4变量记录的地址：使用的是上一行代码代码执行时，在常量池中生成的"11"的地址
String s4 = "11";
System.out.println(s3 == s4);//jdk6：false jdk7/8：true
}
}
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LMjM09eP-1648379865743)(Pic/172bac960ae887a7)][外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-f9tmF5ZT-1648379865744)(Pic/172bac97d066c47d)]
**拓展**
public class StringIntern1 {
public static void main(String[] args) {
//StringIntern.java中练习的拓展：
String s3 = new String("1") + new String("1");//new String("11")
//执行完上一行代码以后，字符串常量池中，是否存在"11"呢？答案：不存在！！
String s4 = "11";//在字符串常量池中生成对象"11"
String s5 = s3.intern();
System.out.println(s3 == s4);//false
System.out.println(s5 == s4);//true
}
}
### 总结String的intern（）的使用
- jdk1.6中，将这个字符串对象尝试放入串池。
- ➢如果字符串常量池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址
- ➢如果没有，会把此对象复制一份，放入串池，并返回串池中的对象地址
- Jdk1.7起，将这个字符串对象尝试放入串池。
- ➢如果字符串常量池中有，则并不会放入。返回已有的串池中的对象的地址
- ➢如果没有，则会把对象的引用地址复制一份，放入串池，并返回串池中的引用地址
### 练习
#### 练习1
public class StringExer1 {
public static void main(String[] args) {
//String x = "ab";
String s = new String("a") + new String("b");//new String("ab")
//在上一行代码执行完以后，字符串常量池中并没有"ab"
String s2 = s.intern();//jdk6中：在串池中创建一个字符串"ab"
//jdk8中：串池中没有创建字符串"ab",而是创建一个引用，指向new String("ab")，将此引用返回
System.out.println(s2 == "ab");//jdk6:true jdk8:true
System.out.println(s == "ab");//jdk6:false jdk8:true
}
}
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jdk6
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-YKkaiFxi-1648379865747)(Pic/172bac9a78f97a95)]
jdk7/8
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-2sBTJcPa-1648379865748)(Pic/172bacadb3c78aec)] [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-rKd6KhoK-1648379865749)(Pic/172bacaf267e7da0)]
练习2
public class StringExer2 {
public static void main(String[] args) {
String s1 = new String("ab");//执行完以后，会在字符串常量池中会生成"ab"
// String s1 = new String("a") + new String("b");执行完以后，不会在字符串常量池中会生成"ab"
s1.intern();
String s2 = "ab";
System.out.println(s1 == s2); //false
}
}
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### intern()效率测试
大的网站平台，需要内存中存储大量的字符串。比如社交网站，很多人都存储：北京市、海淀区等信息。这时候如果字符串都调用 intern（）方法，就会明显降低内存的大小。
/**
* 使用intern()测试执行效率：空间使用上
*
* 结论：对于程序中大量存在存在的字符串，尤其其中存在很多重复字符串时，使用intern()可以节省内存空间。
*
*/
public class StringIntern2 {
static final int MAX_COUNT = 1000 * 10000;
static final String[] arr = new String[MAX_COUNT];
public static void main(String[] args) {
Integer[] data = new Integer[]{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < MAX_COUNT; i++) {
// arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length]));
arr[i] = new String(String.valueOf(data[i % data.length])).intern();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("花费的时间为：" + (end - start));
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.gc();
}
}
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5.6 StrtingTable的垃圾回收
/**
* String的垃圾回收:
* -Xms15m -Xmx15m -XX:+PrintStringTableStatistics -XX:+PrintGCDetails
*
*/
public class StringGCTest {
public static void main(String[] args) {
// for (int j = 0; j < 100; j++) {
// String.valueOf(j).intern();
// }
//发生垃圾回收行为
for (int j = 0; j < 100000; j++) {
String.valueOf(j).intern();
}
}
}
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[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-cqhRQ3Af-1648379865750)(Pic/172bacb0aebab3c8)]
5.7 G1中的String去重操作
- 背景：对许多Java应用（有大的也有小的）做的测试得出以下结果：
- ➢堆存活数据集合里面String对象占了25%
- ➢堆存活数据集合里面重复的String对象有13.5%
- ➢String对象的平均长度是45
- 许多大规模的Java应用的瓶颈在于内存，测试表明，在这些类型的应用 里面，Java堆中存活的数据集合差不多258是String对象。更进一一步，这里面差不多一半String对象是重复的，重复的意思是说： string1. equals （string2）=true。堆上存在重复的string对象必然是一种内存的浪费。这个项目将在G1垃圾收集器中实现自动持续对重复的String对象进行去重，这样就能避免浪费内存。
### 实现
- ➢当垃圾收集器工作的时候，会访问堆上存活的对象。对每一个访问的对象都会检查是否是候选的要去重的String对象。
- ➢如果是，把这个对象的一个引用插入到队列中等待后续的处理。一个去重的线程在后台运行，处理这个队列。处理队列的一个元素意味着从队列删除这个元素，然后尝试去重它引用的String对象。
- ➢使用一个hashtable来记录所有的被String对象使用的不重复的char数组。 当去重的时候，会查这个hashtable，来看堆上是否已经存在一个一模一样的char数组。
- ➢如果存在，String对象会被调整引用那个数组，释放对原来的数组的引用，最终会被垃圾收集器回收掉。
- ➢如果查找失败，char数组会被插入到hashtable，这样以后的时候就可以共享这个数组了。
### 命令行选项
- ➢UseStringDeduplication （bool） ：开启String去重，默认是不开启的，需要手动开启。
- ➢PrintStringDedupl icationStatistics （bool） ：打印详细的去重统计信息，
- ➢StringDedupl icationAgeThreshold （uintx） ：达到这个年龄的string对象被认.为是去重的候选对象
六、垃圾回收
6.1 概述
### 什么是垃圾
Java = (C++)--
什么是垃圾（ Garbage） 呢？
➢垃圾是指在运行程序中没有任何指针指向的对象，这个对象就是需要被回收的垃圾。
➢外文： An object is considered garbage when it can no longer be reached from any pointer in the runningprogram.
如果不及时对内存中的垃圾进行清理，那么，这些垃圾对象所占的内存空 间会一直保留到应用程序结束，被保留的空间无法被其他对象使用。甚至可能导致内存溢出。
- 垃圾收集，不是Java语言的伴生产物。早在1960年，第一门开始使用内存动态分配和垃圾收集技术的Lisp语言诞生。
- 关于垃圾收集有三个经典问题：
- ➢哪些内存需要回收？
- ➢什么时候回收？
- ➢如何回收？
- 垃圾收集机制是Java的招牌能力，极大地提高了开发效率。如今，垃圾收
集几乎成为现代语言的标配，即使经过如此长时间的发展，Java的垃圾收集机制仍然在不断的演进中，不同大小的设备、不同特征的应用场景，对垃圾收集提出了新的挑战，这当然也是面试的热点。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-hjmm2HdW-1648379865752)(Pic/75e93dc265ad4026badd86376d26e845~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)]
#### 大厂面试题
1. **蚂蚁金服**：
- 你知道哪几种垃圾回收器，各自的优缺点，重点讲一下 cms和g1
- 一面： JVM GC算法有哪些，目前的JDK版本采用什么回收算法
- 一面： （ G1回收器讲下回收过程
- GC是什么？为什么要有GC？
- 一面： GC的两种判定方法？ CMS收集器与G1收集器的特点。
1. **百度**：
- 说一下GC算法，分代回收说下
- 垃圾收集策略和算法
1. **天猫**：
- 一面： jvm GC原理，JVM怎么回收内存
- 一面： CMS特点，垃圾回收算法有哪些？各自的优缺点，他们共同的缺点是什么？
1. **滴滴**：
- 一面： java的垃圾回收器都有哪些，说下g1的应用场景，平时你是如何搭配使用垃圾回收器的
1. 京东：
- 你知道哪几种垃圾收集器，各自的优缺点，重点讲下cms和G1，包括原理，流程，优缺点。垃圾回收算法的实现原理。
1. 阿里：
- 讲一讲垃圾回收算法。
- 什么情况下触发垃圾回收？
- 如何选择合适的垃圾收集算法？
- JVM有哪三种垃圾回收器？
1. 字节跳动：
- 常见的垃圾回收器算法有哪些，各有什么优劣？
- system.gc （）和runtime.gc（）会做什么事情？
- 一面： Java GC机制？ GC Roots有哪些？
- 二面： Java对象的回收方式，回收算法。
- CMS和G1了解么，CMS解决什么问题，说一下回收的过程。
- CMS回收停顿了几次，为什么要停顿两次。
### 为什么需要GC
- 对于高级语言来说，一个基本认知是如果不进行垃圾回收，内存迟早都会被消耗完，因为不断地分配内存空间而不进行回收，就好像不停地生产生活垃圾而从来不打扫一样。
- 除了释放没用的对象，垃圾回收也可以清除内存里的记录碎片。碎片整理将所占用的堆内存移到堆的一端，以便JVM 将整理出的内存分配给新的对象。
- 随着应用程序所应付的业务越来越庞大、复杂，用户越来越多，没有GC就不能保证应用程序的正常进行。而经常造成STW的GC又跟不上实际的需求，所以才会不断地尝试对GC进行优化。
### 早期垃圾回收
- 在早期的C/C++时代，垃圾回收基本.上是手工进行的。开发人员可以使用new关键字进行内存申请，并使用delete关键字进行内存释放。比如以下代码：
MibBridge *pBridge = new cmBaseGroupBridge （） ；
//如果注册失败，使用Delete释放该对象所占内存区域
if （pBridge->Register（kDestroy）！= NO_ERROR）
delete pBridge；
- 这种方式可以灵活控制内存释放的时间，但是会给开发人员带来频繁申请和释放内存的管理负担。倘若有一处内存区间由于程序员编码的问题忘记被回收，那么就会产生内存泄漏，垃圾对象永远无法被清除，随着系统运行时间的不断增长，垃圾对象所耗内存可能持续上升，直到出现内存溢出并造成应用程序崩溃。
- 在有了垃圾回收机制后，上述代码块极有可能变成这样：
MibBridge *pBridge = new cmBaseGroupBridge()；
pBridge 一> Register（kDestroy）；
现在，除了Java以外，C#、Python、 Ruby等语言都使用了自动垃圾回收的思想，也是未来发展趋势。可以说，这种自动化的内存分配和垃圾回收的方式己经成为现***语言必备的标准。
### Java垃圾回收机制
- 自动内存管理，无需开发人员手动参与内存的分配与回收，这样降低内存泄漏和内存溢出的风险
- 没有垃圾回收器，java也会和cpp一样，各种悬垂指针，野指针，泄露问题让你头疼不已。
- 自动内存管理机制，将程序员从繁重的内存管理中释放出来，可以更专心地专注于业务开发
- oracle官网关于垃圾回收的介绍
- https：//docs.oracle.com/javase/8/docs/ technotes/guides/vm/gctuning/toc.html
- 对于Java开发人员而言，自动内存管理就像是一个黑匣子，如果过度依赖于“自动”，那么这将会是一场灾难，最严重的就会弱化Java开发人员在程序出现内存溢出时定位问题和解决问题的能力。
- 此时，了解JVM的自动内存分配和内存回收原理就显得非常重要，只有在真正了解JVM是如何管理内存后，我们才能够在遇见OutOfMemoryError时， 快速地根据错误异常日志定位问题和解决问题。
- 当需要排查各种内存溢出、内存泄漏问题时，当垃圾收集成为系统达到更高并发量的瓶颈时，我们就必须对这些“自动化”的技术实施必要的监控和调节。
- 垃圾回收器可以对年轻代回收，也可以对老年代回收，甚至是全堆和方法区的回收。
- 其中，Java堆是垃圾收集器的工作重点。
- 从次数上讲：
- 频繁收集Young区
- 较少收集01d区
- 基本不动Perm区
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GpsY6Mid-1648379865753)(Pic/a2551aa455b24de790117b446c46e594~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)]
6.2 垃圾回收相关算法
#### 垃圾标记阶段:对象存活判断
- 在堆里存放着几乎所有的Java对象实例，在GC执行垃圾回收之前，首先需要区分出内存中哪些是存活对象，哪些是已经死亡的对象。只有被标记为己经死亡的对象，GC才会在执行垃圾回收时，释放掉其所占用的内存空间，因此这个过程我们可以称为垃圾标记阶段。
- 那么在JVM中究竟是如何标记一个死亡对象呢？简单来说，当一个对象已经不再被任何的存活对象继续引用时，就可以宣判为已经死亡。
- 判断对象存活一般有两种方式：==引用计数算法==和==可达性分析算法==。
### 1、标记阶段:法1_引用计数法 (java没有采用)
- 引用计数算法（Reference Counting）比较简单，对每个对象保存一个整型 的引用计数器属性。用于记录对象被引用的情况。
- 对于一个对象A，只要有任何一个对象引用了A，则A的引用计数器就加1；当引用失效时，引用计数器就减1。只要对象A的引用计数器的值为0，即表示对象A不可能再被使用，可进行回收。
- 优点：实现简单，垃圾对象便于辨识；判定效率高，回收没有延迟性。
- 缺点：
- ➢它需要单独的字段存储计数器，这样的做法增加了存储空间的开销。
- ➢每次赋值都需要更新计数器，伴随着加法和减法操作，这增加了时间开销。
- ➢引用计数器有一个严重的问题，即无法处理循环引用的情况。这是一 条致命缺陷，导致==在Java的垃圾回收器中没有使用这类算法==。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-tXec9W83-1648379865754)(Pic/fc63ada9111b45909dbae90f9118c20a~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)]
**图示分析证明java没有采用引用计数法**
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-vi4chGXQ-1648379865756)(Pic/d434109c5fa74c8e85ec8d95dc8dccbc~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)]
如果不下小心直接把0bj1 一reference和0bj2 一reference置null。 则在Java堆当中的两块内存依然保持着互相引用，无法回收。
/**
* -XX:+PrintGCDetails
* 证明：java使用的不是引用计数算法
*/
public class RefCountGC {
//这个成员属性唯一的作用就是占用一点内存
private byte[] bigSize = new byte[5 * 1024 * 1024];//5MB
Object reference = null;
public static void main(String[] args) {
RefCountGC obj1 = new RefCountGC();
RefCountGC obj2 = new RefCountGC();
obj1.reference = obj2;
obj2.reference = obj1;
obj1 = null;
obj2 = null;
//显式的执行垃圾回收行为
//这里发生GC，obj1和obj2能否被回收？
System.gc();
try {
Thread.sleep(1000000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
复制代码
#### 小结
- 引用计数算法， 是很多语言的资源回收选择，例如因人工智能而更加火热的Python，它更是同时支持引用计数和垃圾收集机制。
- 具体哪种最优是要看场景的，业界有大规模实践中仅保留引用计数机制，以提高吞吐量的尝试。
- Java并没有选择引用计数，是因为其存在一个基本的难题，也就是很难处理循环引用关系。
- Python 如何解决循环引用？
- ➢手动解除： 很好理解，就是在合适的时机，解除引用关系。
- ➢使用弱引用weakref，weakref是Python提供的标准库，旨在解决循环引用。
### 2、标记阶段:法2_可达性分析算法
也叫根搜索算法或追踪性垃圾收集
- 相对于引用计数算法而言，可达性分析算法不仅同样具备实现简单和执行高效等特点，更重要的是该算法可以有效地解决在引用计数算法中循环引用的问题，防止内存泄漏的发生。
- 相较于引用计数算法，这里的可达性分析就是Java、C#选择的。这种类型的垃圾收集通常也叫作追踪性垃圾收集（Tracing GarbageCollection）。
- 所谓"GC Roots"根集合就是一组必须活跃的引用。
- 基本思路：
- ➢可达性分析算法是以根对象集合(GCRoots）为起始点，按照从上至下的方式搜索被根对象集合所连接的目标对象是否可达。
- ➢使用可达性分析算法后，内存中的存活对象都会被根对象集合直接或间接连接着，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain）
- ➢如果目标对象没有任何引用链相连，则是不可达的，就意味着该对象己经死亡，可以标记为垃圾对象。
- ➢在可达性分析算法中，只有能够被根对象集合直接或者间接连接的对象才是存活对象。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UQkY5Ss2-1648379865757)(Pic/3bca782c36a944f7ad0a619c29ede81a~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)]
#### GC Roots
在Java语言中，GC Roots包括以下几类元素：
- 虚拟机栈中引用的对象
- ➢比如：各个线程被调用的方法中使用到的参数、局部变量等。
- 本地方法栈内JNI（通常说的本地方法）引用的对象
- 方法区中类静态属性引用的对象
- ➢比如：Java类的引用类型静态变量
- 方法区中常量引用的对象
- ➢比如：字符串常量池（string Table） 里的引用
- 所有被同步锁synchroni zed持有的对象
- Java虚拟机内部的引用。
- ➢基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象（如：NullPointerException、OutOfMemoryError） ，系统类加载器。
- 反映java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等
- 除了这些固定的GCRoots集合以外，根据用户所选用的垃圾收集器以及当前回收的内存区域不同，还可以有其他对象“临时性”地加入，共同构成完整GC Roots集合。比如：分代收集和局部回收（Partial GC）。 - ➢如果只针对Java堆中的某一块区域进行垃圾回收（比如：典型的只针 对新生代），必须考虑到内存区域是虚拟机自己的实现细节，更不是孤立封闭的，这个区域的对象完全有可能被其他区域的对象所引用，这时候就需要一.并将关联的区域对象也加入GC Roots集合中去考虑，才能保证可达性分析的准确性。
- 小技巧：由于Root采用栈方式存放变量和指针，所以如果一个指针，它保存了堆内存里面的对象，但是自己又不存放在堆内存里面，那它就是一个Root
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**注意**
- 如果要使用可达性分析算法来判断内存是否可回收，那么分析工作必须在
一个能保障一致性的快照中进行。这点不满足的话分析结果的准确性就无法保证。
- 这点也是导致GC进行时必须“StopTheWorld"的一个重要原因。
- ➢即使是号称（几乎）不会发生停顿的CMS收集器中，枚举根节点时也是必须要停顿的。
### 3、对象的finalization机制
- Java语言提供了对象终止（finalization）机制来允许开发人员提供对象被销毁之前的自定义处理逻辑。
- 当垃圾回收器发现没有引用指向一个对象，即：垃圾回收此对象之前，总会先调用这个对象的finalize（）方法。
- finalize（）方法允许在子类中被重写，用于在对象被回收时进行资源释放。通常在这个方法中进行一些资源释放和清理的工作，比如关闭文件、套接字和数据库连接等。
- 应该交给垃圾回收机制调用。理由包括下面三点：永远不要主动调用某个对象的finalize （）方法
- ➢在finalize（） 时可能会导致对象复活。
- ➢finalize（）方法的执行时间是没有保障的，它完全由Gc线程决定，极端情况下，若不发生GC，则finalize（） 方法将没有执行机会。
- ➢一个糟糕的finalize （）会严重影响GC的性能。
- 从功能上来说，finalize（）方法与C++ 中的析构函数比较相似，但是Java采用的是基于垃圾回收器的自动内存管理机制，所以finalize（）方法在本质，上不同于C++ 中的析构函数。
**对象是否"死亡"**
- 由于finalize （）方法的存在，==虚拟机中的对象一般处于三种可能的状态==
- 如果从所有的根节点都无法访问到某个对象，说明对象己经不再使用了。一般来说，此对象需要被回收。但事实上，也并非是“非死不可”的，这时候它们暂时处于“缓刑”阶段。==一个无法触及的对象有可能在某一个条件下“复活”自己==，如果这样，那么对它的回收就是不合理的，为此，定义虚拟机中的对象可能的三种状态。如下：
- ➢==可触及的==：从根节点开始，可以到达这个对象。
- ➢==可复活的==：对象的所有引用都被释放，但是对象有可能在finalize（）中复活。
- ➢==不可触及的==：对象的finalize（）被调用，并且没有复活，那么就会进入不可触及状态。不可触及的对象不可能被复活，因为finalize（） 只会被调用一一次。
- 以上3种状态中，是由于finalize（）方法的存在，进行的区分。只有在对象不可触及时才可以被回收。
**判定是否可以回收具体过程**
判定一个对象objA是否可回收，至少要经历两次标记过程：
1. 如果对象objA到GC Roots没有引用链，则进行第一 次标记。
2. 进行筛选，判断此对象是否有必要执行finalize（）方法
①如果对 象objA没有重写finalize（）方法，或者finalize （）方法已经被虚拟机调用过，则虚拟机视为“没有必要执行”，objA被判定为不可触及的。
②如果对象objA重写了finalize（）方法，且还未执行过，那么objA会被插入到F一Queue队列中，由一个虚拟机自动创建的、低优先级的Finalizer线程触发其finalize（）方法执行。
③finalize（）方法是对象逃脱死亡的最后机会，稍后Gc会对F一Queue队列中的对象进行第二次标记。如果objA在finalize（）方法中与引用链上的任何一个对象建立了联系，那么在第二次标记时，objA会被移出“即将回收”集合。之后，对象会再次出现没有引用存在的情况。在这个情况下，finalize方法不会被再次调用，对象会直接变成不可触及的状态，也就是说，一个对象的finalize方法只会被调用一次。
代码测试可复活的对象
/**
* 测试Object类中finalize()方法，即对象的finalization机制。
*
*/
public class CanReliveObj {
public static CanReliveObj obj;//类变量，属于 GC Root
//此方法只能被调用一次
@Override
protected void finalize() throws Throwable {
super.finalize();
System.out.println("调用当前类重写的finalize()方法");
obj = this;//当前待回收的对象在finalize()方法中与引用链上的一个对象obj建立了联系
}
public static void main(String[] args) {
try {
obj = new CanReliveObj();
// 对象第一次成功拯救自己
obj = null;
System.gc();//调用垃圾回收器
System.out.println("第1次 gc");
// 因为Finalizer线程优先级很低，暂停2秒，以等待它
Thread.sleep(2000);
if (obj == null) {
System.out.println("obj is dead");
} else {
System.out.println("obj is still alive");
}
System.out.println("第2次 gc");
// 下面这段代码与上面的完全相同，但是这次自救却失败了
obj = null;
System.gc();
// 因为Finalizer线程优先级很低，暂停2秒，以等待它
Thread.sleep(2000);
if (obj == null) {
System.out.println("obj is dead");
} else {
System.out.println("obj is still alive");
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
控制台输出
第1次 gc
调用当前类重写的finalize()方法
obj is still alive
第2次 gc
obj is dead
复制代码
### 4、MAT与JProfiler的GC Roots溯源
MAT是Memory Analyzer的简称，它是一 款功能强大的Java堆内存分析器。用于查找内存泄漏以及查看内存消耗情况。
MAT是基于Eclipse开发的，是一款免费的性能分析工具。
可以在[www.eclipse](https://link.juejin.cn/?target=http%3A%2F%2Fwww.eclipse) org/mat/下载并使用MAT。
#### 获取dump文件
方式1: 命令行使用jmap
- jps
- jmap -dump:format=b,live,file=test1.bin {进程id}
方式2：使用JVisualVM导出
- 捕获的heap dump文件是一个临时文件，关闭JVisua1VM后自动删除，若要保留，需要将其另存为文件。
- 可通过以下方法捕获heap dump：
- ➢在左侧“Application”（应用程序）子窗口中右击相应的应用程序，选择Heap Dump（堆Dump）。
- ➢在Monitor （监视）子标签页中点击Heap Dump （堆Dump）按钮。
- 本地应用程序的Heap dumps作为应用程序标签页的一个子标签页打开。同时，
heap dump在左侧的Application （应用程序）栏中对应一个含有时间戳的节点。右击这个节点选择save as （另存为）即可将heap dump保存到本地。
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GC Roots分析
public class GCRootsTest {
public static void main(String[] args) {
List<Object> numList = new ArrayList<>();
Date birth = new Date();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
numList.add(String.valueOf(i));
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("数据添加完毕，请操作：");
new Scanner(System.in).next();
numList = null;
birth = null;
System.out.println("numList、birth已置空，请操作：");
new Scanner(System.in).next();
System.out.println("结束");
}
}
复制代码
使用MAT查看GC Roots
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-s555vY9n-1648379865761)(Pic/2220ad7641714ab4a108fb588d51a0f9~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)]
**使用jProfiler进行GC溯源**
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-FnSuL4os-1648379865762)(Pic/c997ace85e5f4e44938f23c43ae3aab6~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)]
使用Jprofiler分析OOM
/**
* -Xms8m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
*
*/
public class HeapOOM {
byte[] buffer = new byte[1 * 1024 * 1024];//1MB
public static void main(String[] args) {
ArrayList<HeapOOM> list = new ArrayList<>();
int count = 0;
try{
while(true){
list.add(new HeapOOM());
count++;
}
}catch (Throwable e){
System.out.println("count = " + count);
e.printStackTrace();
}
}
}
复制代码
控制台输出
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid45386.hprof ...
Heap dump file created [7390812 bytes in 0.019 secs]
count = 6
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at com.dsh.jvm.gc.algorithm.HeapOOM.<init>(HeapOOM.java:12)
at com.dsh.jvm.gc.algorithm.HeapOOM.main(HeapOOM.java:20)
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**对应count=6**
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**出现OOM的代码**
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Hq4qMNSK-1648379865765)(Pic/d5ece73e15c44930b8600a35bf516d84~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)]
### 5、清除阶段:法1_标记-清除算法
当成功区分出内存中存活对象和死亡对象后，GC接下来的任务就是执行垃圾回收，释放掉无用对象所占用的内存空间，以便有足够的可用内存空间为新对象分配内存.
目前JVM中比较常见的三种垃圾收集算法是标记一清除算法（Mark一Sweep）、复制算法（Copying）、标记一压缩算法（Mark一Compact）
#### 背景：
标记一清除算法（Mark一Sweep）是一种非常基础和常见的垃圾收集算法，该算法被J . McCarthy等人在1960年提出并并应用于Lisp语言。
#### 执行过程：
当堆中的有效内存空间（available memory） 被耗尽的时候，就会停止整个程序（也被称为stop the world），然后进行两项工作，第一项则是标记，第二项则是清除。
- 标记： Collector从引用根节点开始遍历，标记所有被引用的对象。==一般是在对象的Header中记录为可达对象==。
- 清除： Collector对堆 内存从头到尾进行线性的遍历，如果发现某个对象在其Header中没有标记为可达对象，则将其回收。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-RnLfWdcU-1648379865767)(Pic/6b56b351ba0e486f98120ba3a4d01c28tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)]
#### 缺点
- ➢效率不算高
- ➢在进行Gc的时候，需要停止整个应用程序，导致用户体验差
- ➢==这种方式清理出来的空闲内存是不连续的，产生内存碎片==。需要维护一个空闲列表
**注意：何为清除？**
- 这里所谓的清除并不是真的置空，而是把需要清除的对象地址保存在空闲的地址列表里。下次有新对象需要加载时，判断垃圾的位置空间是否够，如果够，就存放。
### 6、清除阶段:法2_复制算法
#### 背景：
为了解决标记一清除算法在垃圾收集效率方面的缺陷，M.L.Minsky于1963年发表了著名的论文，“ 使用双存储区的Li sp语言垃圾收集器CALISP Garbage Collector Algorithm Using SerialSecondary Storage ）”。M.L. Minsky在该论文中描述的算法被人们称为复制（Copying）算法，它也被M. L.Minsky本人成功地引入到了Lisp语言的一个实现版本中。
#### 核心思想：
将活着的内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时将正在.使用的内存中的存活对象复制到未被使用的内存块中，之后清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，最后完成垃圾回收。
`堆中S0和S1使用的就是复制算法
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ml54WTgq-1648379865768)(Pic/57ee7ec3c4d34a5085b49d399882a389~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)]
#### 优点：
- 没有标记和清除过程，实现简单，运行高效
- 复制过去以后保证空间的连续性，不会出现“碎片”问题。
#### 缺点：
- 此算法的缺点也是很明显的，就是需要两倍的内存空间。
- 对于G1这种分拆成为大量region的GC，复制而不是移动，意味着GC需要维护region之间对象引用关系，不管是内存占用或者时间开销也不小。
**特别的**如果系统中的可用对象很多，复制算法不会很理想,复制算法需要复制的存活对象数量并不会太大，或者说非常低才行。
#### 应用场景：
在新生代，对常规应用的垃圾回收，一次通常可以回收708一 99的内存空间。回收性价比很高。所以现在的商业虚拟机都是用这种收集算法回收新生代。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qpYow9kZ-1648379865769)(Pic/6d871d3722d94c79b5ce6fc60da74332~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)]
### 7、清除阶段:法3_标记-压缩(整理,Mark-Compact)算法
#### 背景：
复制算法的高效性是建立在存活对象少、垃圾对象多的前提下的。这种情况在新生代经常发生，但是在老年代，更常见的情况是大部分对象都是存活对象。如果依然使用复制算法，由于存活对象较多，复制的成本也将很高。因此，基于老年代垃圾回收的特性，需要使用其他的算法。
标记一清除算法的确可以应用在老年代中，但是该算法不仅执行效率低下，而且在执行完内存回收后还会产生内存碎片，所以JVM的设计者需要在此基础之上进行改进。==标记一压缩（Mark一Compact） 算法由此诞生==。
1970年前后，G. L. Steele 、C. J. Chene和D.S. Wise 等研究者发布标记一压缩算法。在许多现代的垃圾收集器中，人们都使用了标记一压缩算法或其改进版本。
#### 执行过程：
- 第一阶段和标记一清除算法一样，从根节点开始标记所有被引用对象.
- 第二阶段将所有的存活对象压缩到内存的一端，按顺序排放。
- 之后，清理边界外所有的空间。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MhvX0BNt-1648379865770)(Pic/debf4a13c0244e9bb4fc4a64d5095f9e~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)]
- 标记一压缩算法的最终效果等同于标记一清除算法执行完成后，再进行一次内存碎片整理，因此，也可以把它称为标记一清除一压缩（Mark一 Sweep一Compact）算法。
- 二者的本质差异在于标记一清除算法是一种非移动式的回收算法，标记一压.缩是移动式的。是否移动回收后的存活对象是一项优缺点并存的风险决策。
- 可以看到，标记的存活对象将会被整理，按照内存地址依次排列，而未被标记的内存会被清理掉。如此一来，当我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要持有一个内存的起始地址即可，这比维护一个空闲列表显然少了许多开销。
#### 指针碰撞（Bump the Pointer ）
如果内存空间以规整和有序的方式分布，即已用和未用的内存都各自一边，彼此之间维系着一个记录下一次分配起始点的标记指针，当为新对象分配内存时，只需要通过修改指针的偏移量将新对象分配在第一个空闲内存位置上，这种分配方式就叫做指针碰撞（Bump the Pointer） 。
#### 优点
- 消除了标记一清除算法当中，内存区域分散的缺点，我们需要给新对象分配内存时，JVM只 需要持有一个内存的起始地址即可。
- 消除了复制算法当中，内存减半的高额代价。
#### 缺点
- 从效率.上来说，标记一整理算法要低于复制算法。
- 移动对象的同时，如果对象被其他对象引用，则还需要调整引用的地址。· 移动过程中，需要全程暂停用户应用程序。即： STW
### 小结
- 效率上来说，复制算法是当之无愧的老大，但是却浪费了太多内存。
- 而为了尽量兼顾上面提到的三个指标，标记一整理算法相对来说更平滑一些，但是效率.上不尽如人意，它比复制算法多了一个标记的阶段，比标记一清除多了一个整理内存的阶段。
| Mark-Sweep | Mark-Compact | Copying | |
|---|---|---|---|
| 速度 | 中等 | 最慢 | 最快 |
| 空间开销 | 少(但会堆积碎片) | 少(不堆积碎片) | 通常需要活对象的2倍大小(不堆积碎片) |
| 移动对象 | 否 | 是 | 是 |
### 8、分代收集算法
难道就没有一种最优的算法么?
==`没有最好的算法,只有更合适的算法`==
前面所有这些算法中，并没有一种算法可以完全替代其他算法，它们都具有自己独特的优势和特点。分代收集算法应运而生。
分代收集算法，是基于这样一个事实：不同的对象的生命周期是不一样的。因此，==不同生命周期的对象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率==。一般是把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点使用不同的回收算法，以提高垃圾回收的效率。
在Java程序运行的过程中，会产生大量的对象，其中有些对象是与业务信息相关，比如Http请求中的Session对象、线程、Socket连接， 这类对象跟业务直接挂钩，因此生命周期比较长。但是还有一些对象，主要是程序运行过程中生成的临时变量，这些对象生命周期会比较短，比如： String对象， 由于其不变类的特性，系统会产生大量的这些对象，有些对象甚至只用一次即可回收。
目前几乎所有的GC都是采用分代收集（Generational Collecting） 算法执行垃圾回收的。
在HotSpot中，基于分代的概念，GC所使用的内存回收算法必须结合年轻代和老年代各自的特点。
- 年轻代（Young Gen）
- 年轻代特点：区域相对老年代较小，对象生命周期短、存活率低，回收频繁。
- 这种情况==复制算法==的回收整理，速度是最快的。复制算法的效率只和当前存活对象大小有关，因此很适用于年轻代的回收。而复制算法内存利用率不高的问题，通过hotspot中的两个survivor的设计得到缓解。
- 老年代（Tenured Gen）
- 老年代特点：区域较大，对象生命周期长、存活率高，回收不及年轻代频繁。
- 这种情况存在大量存活率高的对象，复制算法明显变得不合适。一般是由标记一清除或者是标记一清除与标记一整理的混合实现。
- ➢Mark阶段的开销与存活对象的数量成正比。
- ➢Sweep阶段的开销与所管理区域的大小成正相关。
- ➢Compact阶 段的开销与存活对象的数据成正比。
以HotSpot中的CMS回收器为例，CMS是基于Mark一 Sweep实现的，对于对象的回收效率很高。而对于碎片问题，CMS采用基于Mark一Compact算法的Serial 0ld回收器作为补偿措施：当内存回收不佳（碎片导致的Concurrent Mode Failure时），将采用Serial 0ld执行Full GC以达到对老年代内存的整理。
分代的思想被现有的虚拟机广泛使用。几乎所有的垃圾回收器都区分新生代和老年代。
### 9、增量收集算法、分区算法
#### 增量收集算法
上述现有的算法，在垃圾回收过程中，应用软件将处于一种stop the World的状态。在Stop the World状态下，应用程序所有的线程都会挂起，暂停一切正常的工作，等待垃圾回收的完成。如果垃圾回收时间过长，应用程序会被挂起很久，将严重影响用户体验或者系统的稳定性。为了解决这个问题，即对实时垃圾收集算法的研究直接导致了增量收集（Incremental Collecting） 算法的诞生。
##### 基本思想
如果一次性将所有的垃圾进行处理，需要造成系统长时间的停顿，那么就可以让垃圾收集线程和应用程序线程交替执行。每次，**垃圾收集线程只收集一小片区域的内存空间，接着切换到应用程序线程。依次反复，直到垃圾收集完成**。
总的来说，增量收集算法的基础仍是传统的标记一清除和复制算法。增量收集算法**通过对线程间冲突的妥善处理，允许垃圾收集线程以分阶段的方式完成标记、清理或复制工作**。
##### 缺点：
使用这种方式，由于在垃圾回收过程中，间断性地还执行了应用程序代码，所以能减少系统的停顿时间。但是，因为线程切换和上下文转换的消耗，会使得垃圾回收的总体成本上升，造成系统吞吐量的下降。
#### 分区算法
一般来说，在相同条件下，堆空间越大，一次GC时所需要的时间就越长，有关GC产生的停顿也越长。为了更好地控制GC产生的停顿时间，将一块 大的内存区域分割成多个小块，根据目标的停顿时间，每次合理地回收若干个小区间，而不是整个堆空间，从而减少一次GC所产生的停顿。
分代算法将按照对象的生命周期长短划分成两个部分，分区算法将整个堆空间划分成连续的不同小区间。
每一个小区间都独立使用，独立回收。这种算法的好处是可以控制一次回收多少个小区间。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-iECEXAFr-1648379865771)(Pic/90f361cf2d744ee4abec8beb0085daa0~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)]
#### 写在最后
注意，这些只是基本的算法思路，实际GC实现过程要复杂的多，目前还在发展中的前沿GC都是复合算法，并且并行和并发兼备。
6.3 垃圾回收相关概念
### 1、System.gc()的理解
- 在默认情况下，通过System.gc （）或者Runtime . getRuntime（） .gc（）的调用，会显式触发Full GC，同时对老年代和新生代进行回收，尝试释放被丢弃对象占用的内存。
- 然而System.gc（）调用附带一个免责声明，==无法保证对垃圾收集器的调用(无法保证马上触发GC)==。
- JVM实现者可以通过system.gc（）调用来决定JVM的GC行为。而一般情况下，垃圾回收应该是自动进行的，无须手动触发，否则就太过于麻烦了。在一些特殊情况下，如我们正在编写一个性能基准，我们可以在运行之，间调用System.gc（）。
- 以下代码,如果注掉System.runFinalization(); 那么控制台不保证一定打印,证明了System.gc（）无法保证GC一定执行
public class SystemGCTest {
public static void main(String[] args) {
new SystemGCTest();
System.gc();//提醒jvm的垃圾回收器执行gc,但是不确定是否马上执行gc
//与Runtime.getRuntime().gc();的作用一样。
System.runFinalization();//强制调用使用引用的对象的finalize()方法
}
@Override
protected void finalize() throws Throwable {
super.finalize();
System.out.println("SystemGCTest 重写了finalize()");
}
}
复制代码
手动gc理解不可达对象的回收行为
public class LocalVarGC {
public void localvarGC1() {
byte[] buffer = new byte[10 * 1024 * 1024];//10MB
System.gc();
//输出: 不会被回收, FullGC时被放入老年代
//[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 14174K->10736K(76288K)] 14174K->10788K(251392K), 0.0089741 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs]
//[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 10736K->0K(76288K)] [ParOldGen: 52K->10649K(175104K)] 10788K->10649K(251392K), [Metaspace: 3253K->3253K(1056768K)], 0.0074098 secs] [Times: user=0.01 sys=0.02, real=0.01 secs]
}
public void localvarGC2() {
byte[] buffer = new byte[10 * 1024 * 1024];
buffer = null;
System.gc();
//输出: 正常被回收
//[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 14174K->544K(76288K)] 14174K->552K(251392K), 0.0011742 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
//[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 544K->0K(76288K)] [ParOldGen: 8K->410K(175104K)] 552K->410K(251392K), [Metaspace: 3277K->3277K(1056768K)], 0.0054702 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs]
}
public void localvarGC3() {
{
byte[] buffer = new byte[10 * 1024 * 1024];
}
System.gc();
//输出: 不会被回收, FullGC时被放入老年代
//[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 14174K->10736K(76288K)] 14174K->10784K(251392K), 0.0076032 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs]
//[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 10736K->0K(76288K)] [ParOldGen: 48K->10649K(175104K)] 10784K->10649K(251392K), [Metaspace: 3252K->3252K(1056768K)], 0.0096328 secs] [Times: user=0.01 sys=0.01, real=0.01 secs]
}
public void localvarGC4() {
{
byte[] buffer = new byte[10 * 1024 * 1024];
}
int value = 10;
System.gc();
//输出: 正常被回收
//[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 14174K->496K(76288K)] 14174K->504K(251392K), 0.0016517 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs]
//[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 496K->0K(76288K)] [ParOldGen: 8K->410K(175104K)] 504K->410K(251392K), [Metaspace: 3279K->3279K(1056768K)], 0.0055183 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
}
public void localvarGC5() {
localvarGC1();
System.gc();
//输出: 正常被回收
//[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 14174K->10720K(76288K)] 14174K->10744K(251392K), 0.0121568 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.02 secs]
//[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 10720K->0K(76288K)] [ParOldGen: 24K->10650K(175104K)] 10744K->10650K(251392K), [Metaspace: 3279K->3279K(1056768K)], 0.0101068 secs] [Times: user=0.01 sys=0.02, real=0.01 secs]
//[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 0K->0K(76288K)] 10650K->10650K(251392K), 0.0005717 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
//[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 0K->0K(76288K)] [ParOldGen: 10650K->410K(175104K)] 10650K->410K(251392K), [Metaspace: 3279K->3279K(1056768K)], 0.0045963 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs]
}
public static void main(String[] args) {
LocalVarGC local = new LocalVarGC();
local.localvarGC5();
}
}
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### 2、内存溢出与内存泄漏
- 内存溢出相对于内存泄漏来说，尽管更容易被理解，但是同样的，内存溢出也是引发程序崩溃的罪魁祸首之一。
- 由于GC一直在发展，所有一般情况下，除非应用程序占用的内存增长速度非常快，造成垃圾回收已经跟不上内存消耗的速度，否则不太容易出现O0M的情况。
- 大多数情况下，GC会进行各种年龄段的垃圾回收，实在不行了就放大招，来一次独占式的Full GC操作，这时候会回收大量的内存，供应用程序继续使用。
- javadoc中对OutOfMemoryError的解释是，==没有空闲内存，并且垃圾收集器也无法提供更多内存==。
#### 内存溢出
- 首先说没有空闲内存的情况：说明Java虚拟机的堆内存不够。原因有二：
- （1） Java虚拟机的堆内存设置不够。
比如：可能存在内存泄漏问题；也很有可能就是堆的大小不合理，比如我们要处理比较可观的数据量，但是没有显式指定JVM堆大小或者指定数值偏小。我们可以通过参数一Xms、一Xmx来调整。
- （2）代码中创建了大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）对于老版本的Oracle JDK，因为永久代的大小是有限的，并且JVM对永久代垃圾回收（如，常量池回收、卸载不再需要的类型）非常不积极，所以当我们不断添加新类型的时候，永久代出现OutOfMemoryError也非常多见，尤其是在运行时存在大量动态类型生成的场合；类似intern字符串缓存占用太多空间，也会导致0OM问题。对应的异常信息，会标记出来和永久代相关： "java. lang. OutOfMemoryError： PermGen space"。
随着元数据区的引入，方法区内存已经不再那么窘迫，所以相应的00M有所改观，出现00M，异常信息则变成了：“java. lang. OutOfMemoryError： Metaspace"。 直接内存不足，也会导致0OM。
- 这里面隐含着一层意思是，在抛出0utOfMemoryError之 前，通常垃圾收集器会被触发，尽其所能去清理出空间。
- ➢例如：在引用机制分析中，涉及到JVM会去尝试回收软引用指向的对象等。
- ➢在java.nio.BIts.reserveMemory（）方法中，我们能清楚的看到，System.gc（）会被调用，以清理空间。
- 当然，也不是在任何情况下垃圾收集器都会被触发的
- ➢比如，我们去分配一一个超大对象，类似一个超大数组超过堆的最大值，JVM可以判断出垃圾收集并不能解决这个问题，所以直接拋出OutOfMemoryError
#### 内存泄漏(Memory Leak)
- 也称作“存储渗漏”。严格来说，==只有对象不会再被程序用到了，但是GC又不能回收他们的情况，才叫内存泄漏==。
- 但实际情况很多时候一些不太好的实践（或疏忽）会导致对象的生命周期变得很长甚至导致0OM，也可以叫做宽泛意义上的“内存泄漏
- 尽管内存泄漏并不会立刻引起程序崩溃，但是一旦发生内存泄漏，程序中的可用内存就会被逐步蚕食，直至耗尽所有内存，最终出现0utOfMemory异常，导致程序崩溃。
- 注意，这里的存储空间并不是指物理内存，而是指虚拟内存大小，这个虚拟内存大小取决于磁盘交换区设定的大小。
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**举例**
- 1、单例模式
单例的生命周期和应用程序是一样长的，所以单例程序中，如果持有对外部对象的引用的话，那么这个外部对象是不能被回收的，则会导致内存泄漏的产生。
- 2、一些提供close的资源未关闭导致内存泄漏 数据库连接（ dataSourse. getConnection（）），网络连接（socket）和io连接必须手动close，否则是不能被回收的。
### 3、Stop The World
- Stop一the一World，简称STW，指的是Gc事件发生过程中，会产生应用程序的停顿。停顿产生时整个应用程序线程都会被暂停，没有任何响应，有点像卡死的感觉，这个停顿称为STW。.
- ➢可达性分析算法中枚举根节点（GC Roots）会导致所有Java执行线程停顿。.
- 分析工作必须在一个能确保一致性的快照 中进行
- 一致性指整个分析期间整个执行系统看起来像被冻结在某个时间点上V- - 如果出现分析过程中对象引用关系还在不断变化，则分析结果的准确性无法保证
- 被STW中断的应用程序线程会在完成GC之后恢复，频繁中断会让用户感觉像是网速不快造成电影卡带一样， 所以我们需要减少STW的发生。
- STW事件和采用哪款GC无关，所有的GC都有这个事件。
- 哪怕是G1也不能完全避免Stop一the一world情况发生，只能说垃圾回收器越来越优秀，回收效率越来越高，尽可能地缩短了暂停时间。
- STW是JVM在后台自动发起和自动完成的。在用户不可见的情况下，把用户正常的工作线程全部停掉。
- 开发中不要用System.gc（）；会导致Stop一the一world的发生。
**测试代码**
public class StopTheWorldDemo {
public static class WorkThread extends Thread {
List<byte[]> list = new ArrayList<byte[]>();
public void run() {
try {
while (true) {
for(int i = 0;i < 1000;i++){
byte[] buffer = new byte[1024];
list.add(buffer);
}
if(list.size() > 10000){
list.clear();
System.gc();//会触发full gc，进而会出现STW事件
}
}
} catch (Exception ex) {
ex.printStackTrace();
}
}
}
public static class PrintThread extends Thread {
public final long startTime = System.currentTimeMillis();
public void run() {
try {
while (true) {
// 每秒打印时间信息
long t = System.currentTimeMillis() - startTime;
System.out.println(t / 1000 + "." + t % 1000);
Thread.sleep(1000);
}
} catch (Exception ex) {
ex.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
WorkThread w = new WorkThread();
PrintThread p = new PrintThread();
w.start();
p.start();
}
}
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### 4、垃圾回收的并行与并发
#### 并发(Concurrent)
- 在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于己启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理器_上运行。
- 并发不是真正意义上的“同时进行”，只是CPU把一个时间段划分成几个时间片段（时间区间），然后在这几个时间区间之间来回切换，由于CPU处理的速度非常快，只要时间间隔处理得当，即可让用户感觉是多个应用程序同时在进行。
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#### 并行(Parallel)
- 当系统有一个以上CPU时，当一个CPU执行一个进程时，另一个CPU可以执行另一个进程，两个进程互不抢占CPU资源，可以同时进行，我们称之为并行（Parallel）。
- 其实==决定并行的因素不是CPU的数量，而是CPU的核心数量==，比如一个CPU多个核也可以 并行。
- 适合科学计算，后台处理等弱交互场景
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-a953aVOk-1648379865773)(Pic/172daaa10d8700e5)]
#### 二者对比
- 并发，指的是多个事情，在同一时间段内同时发生了。
- 并行，指的是多个事情，在同一时间点上同时发生了。
- 并发的多个任务之间是互相抢占资源的。
- 并行的多个任务之间是不互相抢占资源的。
- 只有在多CPU或者一个CPU多核的情况中，才会发生并行。否则，看似同时发生的事情，其实都是并发执行的。
#### 垃圾回收的并发与并行
并发和并行，在谈论垃圾收集器的上下文语境中，它们可以解释如下：
- 并行（Parallel） ：指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍处于等待状态。
- 如ParNew、 Parallel Scavenge、 Parallel 0ld；
- 串行（Serial）
- 相较于并行的概念，单线程执行。
- 如果内存不够，则程序暂停，启动JVM垃圾回收器进行垃圾回收。回收完，再启动程序的线程。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-TdCTT8Z7-1648379865774)(Pic/172daaa5d1ac32ea)]
并发（Concurrent） ：指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能会交替执行），垃圾回收线程在执行时不会停顿用户程序的运行。
- ➢用户程序在继续运行，而垃圾收集程序线程运行于另一个CPU上；
- ➢如： CMS、G1
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-1zmLE0lQ-1648379865775)(Pic/172daaae0010db3e)]
### 5、安全点与安全区域
#### 安全点(Safepoint)
- 程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC，只有在特定的位置才能停顿下来开始GC，这些位置称为“安全点（Safepoint） ”
- Safe Point的选择很重要，如果太少可能导致GC等待的时间太长，如果太频繁可能导致运行时的性能问题。大部分指令的执行时间都非常短暂，通常会根据“是否具有让程序长时间执行的特征”为标准。比如：选择些执行时间较长的指令作为Safe Point， 如方法调用、循环跳转和异常跳转等。
**如何在GC发生时，检查所有线程都跑到最近的安全点停顿下来呢？**
- 抢先式中断： （目前没有虚拟机采用了） 首先中断所有线程。如果还有线程不在安全点，就恢复线程，让线程跑到安全点。
- 主动式中断： 设置一个中断标志，各个线程运行到Safe Point的时候主动轮询这个标志，如果中断标志为真，则将自己进行中断挂起。
#### 安全区域(Safe Region)
Safepoint机制保证了程序执行时，在不太长的时间内就会遇到可进入GC的Safepoint 。但是，程序“不执行”的时候呢？例如线程处于Sleep 状态或Blocked状态，这时候线程无法响应JVM的中断请求，“走” 到安全点去中断挂起，JVM也不太可能等待线程被唤醒。对于这种情况，就需要安全区域（Safe Region）来解决。
安全区域是指在一段代码片段中，对象的引用关系不会发生变化，在这个区域中的任何位置开始GC都是安全的。我们也可以把Safe Region 看做是被扩展了的Safepoint。
**实际执行时:**
- 1）当线程运行到Safe Region的代码时，首先标识已经进入了Safe Region，如果这段时间内发生GC，JVM会 忽略标识为Safe Region状态 的线程；
- 2）当线程即将离开Safe Region时， 会检查JVM是否已经完成GC，如果完成了，则继续运行，否则线程必须等待直到收到可以安全离开SafeRegion的信号为止；
### 6、引用
- 我们希望能描述这样一类对象： 当内存空间还足够时，则能保留在内存中；如果内存空间在进行垃圾收集后还是很紧张，则可以抛弃这些对象。 -【既偏门又非常高频的面试题】强引用、软引用、弱引用、虚引用有什么区别？具体使用.场景是什么？
- 在JDK 1.2版之后，Java对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference） 、弱引用（Weak Reference） 和虚引用（Phantom Reference） 4种，这4种引用强度依次逐渐减弱。
- 除强引用外，其他3种引用均可以在java.lang.ref包中找到它们的身影。如下图，显示了这3种引用类型对应的类，开发人员可以在应用程序中直接使用它们。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-rUhyT6ap-1648379865776)(Pic/172daab5be0198a0)]
Reference子类中只有终结器引用是包内可见的，其他3种引用类型均为public，可以在应用程序中直接使用
- 强引用（StrongReference）I ：最传统的“引用”的定义，是指在程序代码之中普遍存在的引用赋值，即类似“0bject obj=new object（ ）”这种引用关系。==无论任何情况下，只要强引用关系还存在，垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象==。
- 软引用（SoftReference） ：在系统将要发生内存溢出之前，将会把这些对象列入回收范围之中进行第二次回收。如果这次回收后还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。
- 弱引用（WeakReference） ：被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集之前。当垃圾收集器工作时，无论内存空间是否足够，都会回收掉被弱引用关联的对象。
- 虚引用（PhantomReference） ：一个对象是否有虛引用的存在，完全不会对其生存时 间构成影响，也无法通过虚引用来获得一个对象的实例。==为一个对象设置虛引用关联的唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知(回收跟踪)==。
#### 强引用: 不回收
- 在Java程序中，最常见的引用类型是强引用（普通系统99%以上都是强引用），也就是我们最常见的普通对象引用，也是默认的引用类型。
- 当在Java语言中使用new操作符创建一个新的对象， 并将其赋值给一个变量的时候，这个变量就成为指向该对象的一个强引用。
- 强引用的对象是可触及的，垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。
- 对于一一个普通的对象，如果没有其他的引用关系，只要超过了引用的作用域或者显式地将相应（强）引用赋值为null，就是可以当做垃圾被收集了，当然具体回收时机还是要看垃圾收集策略。
- 相对的，软引用、 弱引用和虚引用的对象是软可触及、弱可触及和虛可触及的，在一定条件下，都是可以被回收的。所以，强引用是造成Java内存泄漏的主要原因之一。
测试代码
public class StrongReferenceTest {
public static void main(String[] args) {
StringBuffer str = new StringBuffer ("Hello,尚硅谷");
StringBuffer str1 = str;
str = null;
System.gc();
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(str1);
}
}
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`StringBuffer str = new StringBuffer ("Hello,尚硅谷");`
局部变量str指向StringBuffer实例所在堆空间，通过str可以操作该实例，那么str就是StringBuffer实例的强引用
对应内存结构：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-zon9Isc8-1648379865777)(Pic/172daabab71a33cf)]
此时,如果再运行一个赋值语句:
`StringBuffer str1 = str;`
对应内存结构:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-tuHyoiF1-1648379865777)(Pic/172daac11e6cc19b)]
本例中的两个引用，都是强引用，强引用具备以下特点：
- 强引用可以直接访问目标对象。
- 强引用所指向的对象在任何时候都不会被系统回收，虚拟机宁愿抛出OOM异常，也不会回收强引用所指向对象。
- 强引用可能导致内存泄漏。
#### 软引用: 内存不足即回收
- 软引用是用来描述一 些还有用，但非必需的对象。只被软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常前，会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收，如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。
- ==软引用通常用来实现内存敏感的缓存==。比如：高速缓存就有用到软引用。如果还有空闲内存，就可以暂时保留缓存，当内存不足时清理掉，这样就保证了使用缓存的同时，不会耗尽内存。
- 垃圾回收器在某个时刻决定回收软可达的对象的时候，会清理软引用，并可选地把引用存放到一个引用队列（ Reference Queue）。
- 类似弱引用，只不过Java虚拟机会尽量让软引用的存活时间长一些，迫不得.已才清理。
- 软引用：
- 当内存足够: 不会回收软引|用的可达对象
- 当内存不够时: 会回收软引用的可达对象
- 在JDK 1. 2版之后提供了java.lang.ref.SoftReference类来实现软引用。
Object obj = new object（）； //声明强引用
SoftReference<0bject> sf = new SoftReference<0bject>（obj）；
obj = null； //销毁强引用
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测试代码
/**
* 软引用的测试：内存不足即回收
* -Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails
*/
public class SoftReferenceTest {
public static class User {
public User(int id, String name) {
this.id = id;
this.name = name;
}
public int id;
public String name;
@Override
public String toString() {
return "[id=" + id + ", name=" + name + "] ";
}
}
public static void main(String[] args) {
//创建对象，建立软引用
// SoftReference<User> userSoftRef = new SoftReference<User>(new User(1, "songhk"));
//上面的一行代码，等价于如下的三行代码
User u1 = new User(1,"songhk");
SoftReference<User> userSoftRef = new SoftReference<User>(u1);
u1 = null;//取消强引用
//从软引用中重新获得强引用对象
System.out.println(userSoftRef.get());
System.gc();
System.out.println("After GC:");
// //垃圾回收之后获得软引用中的对象
System.out.println(userSoftRef.get());//由于堆空间内存足够，所有不会回收软引用的可达对象。
//
try {
//让系统认为内存资源紧张、不够
// byte[] b = new byte[1024 * 1024 * 7];
byte[] b = new byte[1024 * 7168 - 399 * 1024];//恰好能放下数组又放不下u1的内存分配大小 不会报OOM
} catch (Throwable e) {
e.printStackTrace();
} finally {
//再次从软引用中获取数据
System.out.println(userSoftRef.get());//在报OOM之前，垃圾回收器会回收软引用的可达对象。
}
}
}
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#### 弱引用: 发现即回收
- 弱引用也是用来描述那些非必需对象，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生为止。在系统GC时，只要发现弱引用，不管系统堆空间使用是否充足，都会回收掉只被弱引用关联的对象。
- 但是，由于垃圾回收器的线程通常优先级很低，因此，并不一 定能很快地发现持有弱引用的对象。在这种情况下，弱引用对象可以存在较长的时间。
- 弱引用和软引用一样，在构造弱引用时，也可以指定一个引用队列，当弱引用对象被回收时，就会加入指定的引用队列，通过这个队列可以跟踪对象的回收情况。
- 软引用、弱引用都非常适合来保存那些可有可无的缓存数据。如果这么做，当系统内存不足时，这些缓存数据会被回收，不会导致内存溢出。而当内存资源充足时，这些缓存数据又可以存在相当长的时间，从而起到加速系统的作用。
- 在JDK1.2版之后提后了java.lang.ref.WeakReference类来实现弱引用
Object obj = new object（）； //声明强引用
WeakReference<0bject> sf = new WeakReference<0bject>（obj）；
obj = null； //销毁强引用
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- 弱引用对象与软引用对象的最大不同就在于，当GC在进行回收时，需要通过算法检查是否回收软引用对象，而对于弱引用对象，GC总是进行回收。弱引用对象更容易、更快被GC回收。
- 面试题：你开发中使用过WeakHashMap吗？
- 通过查看WeakHashMap源码,可以看到其内部类Entry使用的就是弱引用
- line 702 -> `private static class Entry<K,V> extends WeakReference<Object> implements Map.Entry<K,V> {...}`
测试代码
public class WeakReferenceTest {
public static class User {
public User(int id, String name) {
this.id = id;
this.name = name;
}
public int id;
public String name;
@Override
public String toString() {
return "[id=" + id + ", name=" + name + "] ";
}
}
public static void main(String[] args) {
//构造了弱引用
WeakReference<User> userWeakRef = new WeakReference<User>(new User(1, "songhk"));
//从弱引用中重新获取对象
System.out.println(userWeakRef.get());
System.gc();
// 不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存
System.out.println("After GC:");
//重新尝试从弱引用中获取对象
System.out.println(userWeakRef.get());
}
}
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#### 虚引用: 对象回收跟踪
- 虚引用(Phantom Reference),也称为“幽灵引用”或者“幻影引用”，是所有引用类型中最弱的一个。
- 一个对象是否有虚引用的存在，完全不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它和没有引用几乎是一样的，随时都可能被垃圾回收器回收。
- 它不能单独使用，也无法通过虚引用来获取被引用的对象。当试图通过虚引用的get（）方法取得对象时，总是null。
- ==为一个对象设置虚引用关联的唯一目的在于跟踪垃圾回收过程==。比如：能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。
- 虚引用必须和引用队列一起使用。虚引用在创建时必须提供一个引用队列作为参数。当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虛引用，就会在回收对象后，将这个虚引用加入引用队列，以通知应用程序对象的回收情况。
- 由于虚引用可以跟踪对象的回收时间，因此，也可以将一些资源释放操作放置在虛引用中执行和记录。
- 在JDK 1. 2版之后提供了PhantomReference类来实现虚引用。
object obj = new object();
ReferenceQueuephantomQueue = new ReferenceQueue( ) ;
PhantomReference<object> pf = new PhantomReference<object>(obj, phantomQueue);
obj = null;
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测试代码
public class PhantomReferenceTest {
public static PhantomReferenceTest obj;//当前类对象的声明
static ReferenceQueue<PhantomReferenceTest> phantomQueue = null;//引用队列
public static class CheckRefQueue extends Thread {
@Override
public void run() {
while (true) {
if (phantomQueue != null) {
PhantomReference<PhantomReferenceTest> objt = null;
try {
objt = (PhantomReference<PhantomReferenceTest>) phantomQueue.remove();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (objt != null) {
System.out.println("追踪垃圾回收过程：PhantomReferenceTest实例被GC了");
}
}
}
}
}
@Override
protected void finalize() throws Throwable { //finalize()方法只能被调用一次！
super.finalize();
System.out.println("调用当前类的finalize()方法");
obj = this;
}
public static void main(String[] args) {
Thread t = new CheckRefQueue();
t.setDaemon(true);//设置为守护线程：当程序中没有非守护线程时，守护线程也就执行结束。
t.start();
phantomQueue = new ReferenceQueue<PhantomReferenceTest>();
obj = new PhantomReferenceTest();
//构造了 PhantomReferenceTest 对象的虚引用，并指定了引用队列
PhantomReference<PhantomReferenceTest> phantomRef = new PhantomReference<PhantomReferenceTest>(obj, phantomQueue);
try {
//不可获取虚引用中的对象
System.out.println(phantomRef.get());
//将强引用去除
obj = null;
//第一次进行GC,由于对象可复活，GC无法回收该对象
System.gc();
Thread.sleep(1000);
if (obj == null) {
System.out.println("obj 是 null");
} else {
System.out.println("obj 可用");
}
System.out.println("第 2 次 gc");
obj = null;
System.gc(); //一旦将obj对象回收，就会将此虚引用存放到引用队列中。
Thread.sleep(1000);
if (obj == null) {
System.out.println("obj 是 null");
} else {
System.out.println("obj 可用");
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
输出
null
调用当前类的finalize()方法
obj 可用
第 2 次 gc
追踪垃圾回收过程：PhantomReferenceTest实例被GC了
obj 是 null
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### 7、终结器引用
- 它用以实现对象的finalize（）方法，也可以称为终结器引用。
- 无需手动编码， 其内部配合引用队列使用。
- 在GC时， 终结器引用入队。由Finali zer线程通过终结器引用找到被引用对象并调用它的finalize（）方法，第二次GC时才能回收被引用对象。
6.4 垃圾回收器
## 1、GC的分类与性能指标
- 垃圾收集器没有在规范中进行过多的规定，可以由不同的厂商、不同版本的JVM来实现。
- 由于JDK的版本处于高速迭代过程中，因此Java发展至今已经衍生了众多的GC版本。
- 从不同角度分析垃圾收集器，可以将GC分为不同的类型。
**按线程数分，可以分为串行垃圾回收器和并行垃圾回收器**
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-o1hP3nr5-1648379865779)(Pic/172f886ddbb6f49a)]
- 串行回收指的是在同一时间段内只允许有一个CPU用于执行垃圾回收操作，此时工作线程被暂停，直至垃圾收集工作结束。
- ➢在诸如单CPU处理器或者较小的应用内存等硬件平台不是特别优越的场 合，串行回收器的性能表现可以超过并行回收器和并发回收器。所以，串行回收默认被应用在客户端的Client模式下的JVM中
- ➢在并发能力比较强的CPU上，并行回收器产生的停顿时间要短于串行回收器。
- 和串行回收相反，并行收集可以运用多个CPU同时执行垃圾回收，因此提升 了应用的吞吐量，不过并行回收仍然与串行回收一样，采用独占式，使用了“ Stop一the一world”机制。
**按照工作模式分，可以分为并发式垃圾回收器和独占式垃圾回收器**
- 并发式垃圾回收器与应用程序线程交替工作，以尽可能减少应用程序的停顿时间。
- 独占式垃圾回收器（Stop the world）一旦运行，就停止应用程序中的所有用户线程，直到垃圾回收过程完全结束。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-OuDtBqR4-1648379865782)(Pic/172f8873dadc3689)]
**按碎片处理方式分，可分为压缩式垃圾回收器和非压缩式垃圾回收器**
- 压缩式垃圾回收器会在回收完成后，对存活对象进行压缩整理，消除回收后的碎片。
- 再分配对象空间使用: 指针碰撞
- 非压缩式的垃圾回收器不进行这步操作。
- 再分配对象空间使用: 空闲列表
**按工作的内存区间分，又可分为年轻代垃圾回收器和老年代垃圾回收器**
### 评估GC的性能指标
- ==吞吐量：运行用户代码的时间占总运行时间的比例==
- （总运行时间：程序的运行时间十内存回收的时间）
- 垃圾收集开销：吞吐量的补数，垃圾收集所用时间与总运行时间的比例。
- ==暂停时间：执行垃圾收集时，程序的工作线程被暂停的时间==
- 收集频率：相对于应用程序的执行，收集操作发生的频率。
- ==内存占用： Java堆区所占的内存大小==
- 快速：一个对象从诞生到被回收所经历的时间。
- 这三者共同构成一个“不可能三角”。三者总体的表现会随着技术进步而越来越好。一款优秀的收集器通常最多同时满足其中的两项。
- 这三项里，暂停时间的重要性日益凸显。因为随着硬件发展，内存占用 多些越来越能容忍，硬件性能的提升也有助于降低收集器运行时对应用程序的影响，即提高了吞吐量。而内存的扩大，对延迟反而带来负面效果。
- 简单来说，主要抓住两点：
- 吞吐量
- 暂停时间
#### 吞吐量
- 吞吐量就是CPU用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值，即吞吐量=运行用户代码时间/ （运行用户代码时间+垃圾收集时间）
- ➢比如：虚拟机总共运行了100分钟，其中垃圾收集花掉1分钟，那吞吐量就是99%
- 这种情况下，应用程序能容忍较高的暂停时间，因此，高吞吐量的应用程序有更长的时间基准，快速响应是不必考虑的。
- 吞吐量优先，意味着在单位时间内，STW的时间最短： 0.2 + 0.2 = 0.4
#### 暂停时间
- “暂停时间”是指一个时间段内应用程序线程暂停，让GC线程执行的状态
- ➢例如，GC期间100毫秒的暂停时间意味着在这100毫秒期间内没有应用程序线程是活动的。
- 暂停时间优先，意味着尽可能让单次STW的时间最短： 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1+0.1=0.5
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-lpjcegSC-1648379865783)(Pic/172f88838b4a0d54)]
- 高吞吐量较好因为这会让应用程序的最终用户感觉只有应用程序线程在做“生产性”工作。直觉上，吞吐量越高程序运行越快。
- 低暂停时间（低延迟）较好因为从最终用户的角度来看不管是GC还是其他原因导致一个应用被挂起始终是不好的。这取决于应用程序的类型，有时候甚至短暂的200毫秒暂停都可能打断终端用户体验。因此，具有低的较大暂停时间是非常重要的，特别是对于一一个交互式应用程序。
- 不幸的是”高吞吐量”和”低暂停时间”是一对相互竞争的目标（矛盾）。
- ➢因为如果选择以吞吐量优先，那么必然需要降低内存回收的执行频率，但是这样会导致GC需要更长的暂停时间来执行内存回收。
- ➢相反的，如果选择以低延迟优先为原则，那么为了降低每次执行内存回收时的暂停时间，也只能频繁地执行内存回收，但这又引起了年轻代内存的缩诚和导致程序吞吐量的下降。
- 在设计（或使用） GC算法时，我们必须确定我们的目标： 一个GC算法只可能针对两个目标之一（即只专注于较大吞吐量或最小暂停时间），或.尝试找到一个二者的折衷。
- 现在标准：在最大吞吐量优先的情况下，降低停顿时间。
2、不同的垃圾回收器概述
垃圾收集机制是Java的招牌能力，极大地提高了开发效率。这当然也是面试的热点。
那么，Java常见的垃圾收集器有哪些？
### 垃圾收集器发展史
有了虚拟机，就一定需要收集垃圾的机制，这就是Garbage Collection， 对应的产品我们称为Garbage Collector.
- 1999年随JDK1.3.1一 起来的是串行方式的Serial GC，它是第一款GC。ParNew垃圾收集器是Serial收集器的多线程版本
- 2002年2月26日，Parallel GC和Concurrent Mark Sweep GC跟随JDK1.4.2一起发布
- Parallel GC在JDK6之后成为HotSpot默认GC。
- 2012年，在JDK1.7u4版本中，G1可用。
- 2017年，JDK9中G1变成默认的垃圾收集器，以替代CMS。
- 2018年3月，JDK10中G1垃圾回收器的并行完整垃圾回收，实现并行性来改善最坏情况下的延迟。
- ==------------分水岭------------==
- 2018年9月，JDK11发布。引入Epsilon垃圾回收器，又被称为"No一0p （无操作） "回收器。同时，引入ZGC：可伸缩的低延迟垃圾回收器（Experimental）。
- 2019年3月，JDK12发布。 增强G1，自动返回未用堆内存给操作系统。同时，引入Shenandoah GC：低停顿时间的GC （Experimental）。
- 2019年9月，JDK13发布。增强ZGC，自动返回未用堆内存给操作系统。
- 2020年3月，JDK14发布。删除CMS垃圾回收器。扩展ZGC在macOS和Windows.上的应用
### 7款经典的垃圾收集器
- 串行回收器：Serial. Serial Old
- 并行回收器：ParNew. Parallel Scavenge. Parallel Old
- 并发回收器：CMS. G1
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### 7款经典的垃圾收集器与垃圾分代之间的关系
- 新生代收集器： Serial、 ParNeW、Parallel Scavenge；
- 老年代收集器： Serial 0ld、 Parallel 0ld、 CMS；
- 整堆收集器： G1；
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垃圾收集器的组合关系
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-YmIVYcw0-1648379865786)(Pic/172f88972faa533c)]
1）两个收集器间有连线，表明它们可以搭配使用： Serial/Serial 01d、Serial/CMS、 ParNew/Serial 01d、ParNew/CMS、 Parallel Scavenge/Serial 01d、Parallel Scavenge/Parallel 0ld、G1；
2）其中Serial 0ld作为CMS 出现"Concurrent Mode Failure"失败的后 备预案。 3.（红色虚线）由于维护和兼容性测试的成本，在JDK 8时将Serial+CMS、 ParNew+Serial 01d这两个组合声明为废弃（JEP 173） ，并在JDK 9中完全取消了这些组合的支持（JEP214），即：移除。
3）（绿色虚线）JDK 14中：弃用Parallel Scavenge和Serial0ld GC组合（JEP366 ）
4）（青色虚线）JDK 14中：删除CMS垃圾回收器 （JEP 363）
- 为什么要有很多收集器个不够吗？ 因为Java的使用场景很多， 移动端，服务器等。所以就需要针对不同的场景，提供不同的垃圾收集器，提高垃圾收集的性能。
- 虽然我们会对各个收集器进行比较，但并非为了挑选一个最好的收集器出来。没有一种放之四海皆准、任何场景下都适用的完美收集器存在，更加没有万能的收集器。所以我们选择的只是对具体应用最合适的收集器。
**查看默认的垃圾收集器**
- 一xx：+PrintCommandLineFlags： 查看命令行相关参数（包含使用的垃圾收集器）
- 使用命令行指令： jinfo 一flag相关垃圾回收器参数进程ID
/**
* -XX:+PrintCommandLineFlags
*
* -XX:+UseSerialGC:表明新生代使用Serial GC ，同时老年代使用Serial Old GC
*
* -XX:+UseParNewGC：标明新生代使用ParNew GC
*
* -XX:+UseParallelGC:表明新生代使用Parallel GC
* -XX:+UseParallelOldGC : 表明老年代使用 Parallel Old GC
* 说明：二者可以相互激活
*
* -XX:+UseConcMarkSweepGC：表明老年代使用CMS GC。同时，年轻代会触发对ParNew 的使用
*/
public class GCUseTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<byte[]> list = new ArrayList<>();
while(true){
byte[] arr = new byte[100];
list.add(arr);
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
输出
-XX:InitialHeapSize=268435456 -XX:MaxHeapSize=4294967296 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseParallelGC
**或命令行**
jdk8 使用的是parallel
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HhUfs3dI-1648379865787)(Pic/172f88a0a1ecb6fe)]
jdk9 使用的是G1
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-42QMmKXZ-1648379865788)(Pic/172f88aa975aae3a)]
## 3、Serial回收器:串行回收
- Serial收集器是最基本、历史最悠久的垃圾收集器了。JDK1.3之前回收新生代唯一的选择。
- Serial收集器作为HotSpot中Client模式下的默认新生代垃圾收集器。
- Serial收集器采用复制算法、串行回收和"Stop一 the一World"机制的方式执行内存回收。 ）
- 除了年轻代之外，Serial收集器还提供用于执行老年代垃圾收集的Serial 0ld收集器。 Serial 0ld收集器同样也采用了串行回收 和"Stop the World"机制，只不过内存回收算法使用的是标记一压缩算 法。
- ➢Serial 0ld是运行在Client模式下默认的老年代的垃圾回收器
- ➢Serial 0ld在Server模式下主要有两个用途：①与新生代的ParallelScavenge配合使用; ②作为老年代CMS收集器的后备垃圾收集方案
- 这个收集器是一个单线程的收集器，但它的“单线程”的意义并不仅仅说明它只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束（Stop The World ）。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-B4cyvGPn-1648379865801)(Pic/172f88af4c12170b)]
### 优势
- 简单而高效（与其他收集器的单线程比），对于限定单个CPU的环境来说，Seria1收集器由于没有线程交互的开销，专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程收集效率。
- ➢运行在Client模式下的虛拟机是个不错的选择。
- 在用户的桌面应用场景中，可用内存一般不大（几十MB至一两百MB）， 可以在较短时间内完成垃圾收集（几十ms至一百多ms） ，只要不频繁发生，使用串行回收器是可以接受的。
- 在HotSpot虛拟机中，使用一XX： +UseSerialGC 参数可以指定年轻代和老年代都使用串行收集器。
- 等价于新生代用Serial GC，且老年代用Serial 0ld GC
- 控制台输出 `-XX:InitialHeapSize=268435456 -XX:MaxHeapSize=4294967296 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseSerialGC`
### 总结
- 这种垃圾收集器大家了解，现在已经不用串行的了。而且在限定单核cpu才可以用。现在都不是单核的了。
- 对于交互较强的应用而言，这种垃圾收集器是不能接受的。T一般在Javaweb应用程序中是不会采用串行垃圾收集器的。
## 4、ParNew回收器:并行回收
- 如果说Serial GC是年轻代中的单线程垃圾收集器，那么ParNew收集器则是Serial收集器的多线程版本。
- ➢Par是Paralle1的缩写，New： 只能处理的是新生代
- ParNew收集器除了采用并行回收的方式执行内存回收外，两款垃圾收集器之间几乎没有任何区别。ParNew收集器在年轻代中同样也是采用复制算法、"Stop一 the一World"机制。
- ParNew是很多JVM运行在Server模式下新生代的默认垃圾收集器。
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- 对于新生代，回收次数频繁，使用并行方式高效。
- 对于老年代，回收次数少，使用串行方式节省资源。（CPU并行 需要切换线程，串行可以省去切换线程的资源）
- 由于ParNew收集器是基于并行回收，那么是否可以断定ParNew收集器的回收效率在任何场景下都会比Serial收集器更高效？| I
- ➢ParNew 收集器运行在多CPU的环境下，由于可以充分利用多CPU、 多核心等物理硬件资源优势，可以更快速地完成垃圾收集，提升程序的吞吐量。
- ➢但是在单个CPU的环境下，ParNew收 集器不比Serial收集器更高 效。虽然Serial收集器是基于串行回收，但是由于CPU不需要频繁地做任务切换，因此可以有效避免多线程交互过程中产生的一些额外开销。
- 因为除Serial外，目前只有ParNew GC能与CMS收集器配合工作
- 在程序中，开发人员可以通过选项"一XX： +UseParNewGC"手动指定使用.ParNew收集器执行内存回收任务。它表示年轻代使用并行收集器，不影响老年代。
- 一XX：ParallelGCThreads 限制线程数量，默认开启和CPU数据相同的线程数。.
## 5、Parallel回收器:吞吐量优先
- HotSpot的年轻代中除了拥有ParNew收集器是基于并行回收的以外， Parallel Scavenge收集器同样也采用了复制算法、并行回收和"Stop the World"机制。
- 那么Parallel收集器的出现是否多此一举？
- ➢和ParNew收集器不同，Parallel Scavenge收集 器的目标则是==达到一个可控制的吞吐量==（Throughput），它也被称为吞吐量优先的垃圾收集器。
- ➢自适应调节策略也是Parallel Scavenge 与ParNew一个重要区别。
- 高吞吐量则可以高效率地利用CPU 时间，尽快完成程序的运算任务|，主 要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。因此，常见在服务器环境中使用。例如，那些执行批量处理、订单处理、工资支付、科学计算的应用程序。
- Parallel收集器在JDK1.6时提供了用于执行老年代垃圾收集的 Parallel 0ld收集器，用来代替老年代的Serial 0ld收集器。
- Parallel 0ld收集器采用了标记一压缩算法，但同样也是基于并行回收和”Stop一the一World"机制。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-BiQVXFy9-1648379865803)(Pic/172f88bd8272c80d)]
- 在程序吞吐量优先的应用场景中，Parallel 收集器和Parallel 0ld收集器的组合，在Server模式下的内存回收性能很不错。
- **在Java8中，默认是此垃圾收集器**
### 参数配置
- 一XX： +UseParallelGC手动指定 年轻代使用Parallel并行收集器执行内存回收任务。
- 一XX： +UseParallel0ldGc手 动指定老年代都是使用并行回收收集器。
- 分别适用于新生代和老年代。默认jdk8是开启的。
- 上面两个参数，默认开启一个，另一个也会被开启。 （互相激活）
- 一XX： ParallelGCThreads设置年轻代并行收集器的线程数。一般地，最好与CPU数量相等，以避免过多的线程数影响垃圾收集性能。
- 在默认情况下，当CPU数量小于8个， Paralle lGCThreads 的值等于CPU数量。
- 当CPU数量大于8个， ParallelGCThreads的值等于3+[5*CPU_ Count]/8]
- 一XX ：MaxGCPau3eMillis设置垃圾收集器最大停顿时间（即STw的时间）。单位是毫秒。
- ➢为了尽可能地把停顿时间控制在MaxGCPauseMills以内，收集器在.工作时会调整Java堆大小或者其他一些参数。
- ➢对于用户来讲，停顿时间越短体验越好。但是在服务器端，我们注重 高并发，整体的吞吐量。所以服务器端适合Parallel，进行控制。➢该参数使用需谨慎。
- 一XX：GCTimeRatio垃圾收集时间占总时间的比例（= 1 / （N + 1））用于衡量吞吐量的大小。
- ➢取值范围（0， 100）。默认值99，也就是垃圾回收时间不超过1号。
- ➢与前一个一XX：MaxGCPauseMillis参数有一定矛盾性。暂停时间越长，Radio参数就容易超过设定的比例。
- 一XX： +UseAdaptiveSizePolicy设 置Parallel Scavenge收 集器具有自适应调节策略
- 在这种模式下，年轻代的大小、Eden和Survivor的比例、晋升老年 代的对象年龄等参数会被自动调整，已达到在堆大小、吞吐量和停顿时间之间的平衡点。
- 在手动调优比较困难的场合，可以直接使用这种自适应的方式，仅指 定虚拟机的最大堆、目标的吞吐量（GCTimeRatio）和停顿时间（MaxGCPauseMills），让虚拟机自己完成调优工作。
## 6、CMS回收器:低延迟
- 在JDK1.5时期， HotSpot推出了一款在强交互应用中几乎可认为有划 时代意义的垃圾收集器： CMS （Concurrent 一Mark 一 Sweep）收集器，这款收集器是HotSpot虚拟机中第一款真正意义上的并发收集器，它第一次实现了让垃圾收集线程与用户线程同时工作。
- CMS收集器的关注点是尽可能缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间。停顿时 间越短（低延迟）就越适合与用户交互的程序，良好的响应速度能提升用户体验。
- ➢目前很大一部分的Java应用集中在互联网站或者B/s系统的服务端上，这类应用尤其重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短，以给用户带来较好的体验。CMS收集器就非常符合这类应用的需求。
- CMS的垃圾 收集算法采用标记一清除算法，并且也 会" stop一the一world"
- 不幸的是，CMS 作为老年代的收集器，却无法与JDK 1.4.0 中已经存在的新生代收集器Parallel Scavenge配合工作，所以在JDK 1. 5中使用CMS来收集老年代的时候，新生代只能选择ParNew或者Serial收集器中的一个。
- 在G1出现之前，CMS使用还是非常广泛的。一直到今天，仍然有很多系统使用CMS GC。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-dRbYbHBv-1648379865804)(Pic/172f88c4cd91d748)]
CMS整个过程比之前的收集器要复杂，整个过程分为4个主要阶段，即初始标记阶段、并发标记阶段、重新标记阶段和并发清除阶段。
- 初始标记（Initial一Mark） 阶段：在这个阶段中，程序中所有的工作线程都将会因为. “Stop一the一World"机制而出现短暂的暂停，这个阶段的主要任务仅仅只是标记出GCRoots能直接关联到的对象。一旦标记完成之后就会恢复之前被暂停的所有应用.线程。由于直接关联对象比较小，所以这里的速度非常快。
- 并发标记（Concurrent一Mark）阶段：从GC Roots的 直接关联对象开始遍历整个对 象图的过程，这个过程耗时较长但是不需要停顿用户线程，可以与垃圾收集线程一起并发运行。
- 重新标记（Remark） 阶段：由于在并发标记阶段中，程序的工作线程会和垃圾收集线程同时运行或者交叉运行，因此为了修正并发标记期间，因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，这个阶段的停顿时间通常会比初始标记阶段稍长一些，但也远比并发标记阶段的时间短。
- 并发清除（ Concurrent一Sweep）阶段：此阶段清理删除掉标记阶段判断的已经死亡的对象，释放内存空间。由于不需要移动存活对象，所以这个阶段也是可以与用户线程同时并发的
尽管CMS收集器采用的是并发回收（非独占式），但是在其初始化标记和再次标记这两个阶段中仍然需要执行“Stop一the一World”机制暂停程序中的工作线程，不过暂停时间并不会太长，因此可以说明目前所有的垃圾收集器都做不到完全不需要“Stop一the一World”，只是尽可能地缩短暂停时间。
由于最耗费时间的并发标记与并发清除阶段都不需要暂停工作，所以整体的回收是低停顿的。
另外，由于在垃圾收集阶段用户线程没有中断，所以在CMS回收过程中，还应该确保应用程序用户线程有足够的内存可用。因此，CMS收集器不能像其他收集器那样等到老年代几乎完全被填满了再进行收集，而是当堆内存使用率达到某一阈值时，便开始进行回收，以确保应用程序在CMS工作过程中依然有足够的空间支持应用程序运行。要是CMS运行期间预留的内存无法满足程序需要，就会出现一次“Concurrent Mode Failure”失败，这时虚拟机将启动后备预案：临时启用Serial 0ld收集器来重新进行老年代的垃圾收集，这样停顿时间就很长了。
CMS收集器的垃圾收集算法采用的是标记一清除算法，这意味着每次执行完内存回收后，由于被执行内存回收的无用对象所占用的内存空间极有可能是不连续的一些内存块，不可避免地将会产生一些内存碎片。 那么CMS在为新对象分配内存空间时，将无法使用指针碰撞（Bump the Pointer） 技术，而只能够选择空闲列表（Free List） 执行内存分配。
**有人会觉得既然Mark Sweep会造成内存碎片，那么为什么不把算法换成Mark Compact呢？**
`答案其实很简答，因为当并发清除的时候，用Compact整理内存的话，原来的用户线程使用的内存还怎么用呢？要保证用户线程能继续执行，前提的它运行的资源不受影响嘛。Mark Compact更适合“Stop the World”这种场景”下使用`
### CMS的优点：
- 并发收集
- 低延迟
### CMS的弊端：
- 1）会产生内存碎片，导致并发清除后，用户线程可用的空间不足。在无法分配大对象的情况下，不得不提前触发Full GC。
- 2） CMS收集器对CPU资源非常敏感。在并发阶段，它虽然不会导致用户停顿，但是会因为占用了一部分线程而导致应用程序变慢，总吞吐量会降低。
- 3） CMS收集器无法处理浮动垃圾。可能出现“Concurrent Mode Failure" 失败而导致另一次Full GC的产生。在并发标记阶段由于程序的工作线程和垃圾收集线程是同时运行或者交叉运行的，那么在并发标记阶段如果产生新的垃圾对象，CMS将 无法对这些垃圾对象进行标记，最终会导致这些新产生的垃圾对象没有被及时回收，从而只能在下一次执行GC时释放这些之前未被回收的内存空间。
### 参数设置
- 一XX：+UseConcMarkSweepGc 手动指定使用CMS收集器执行内存回收任务。
- ➢开启该参数后会自动将一XX： +UseParNewGc打开。即： ParNew （Young区用） +CMS （0ld区用） +Serial 0ld的组合。
- 一XX：CMS1ni tiatingOccupanyFraction设置堆内存使用率的阈值，一旦达到该阈值，便开始进行回收。
- JDK5及以前版本的默认值为68，即当老年代的空间使用率达到68号时，会执行一 .次CMS 回收。 JDK6 5及以上版本默认值为92号
- ➢如果内存增长缓慢，则可以设置一个稍大的值，大的阈值可以有效降低CMS的触发频率，减少老年代回收的次数可以较为明显地改善应用程序性能。反之，如果应用程序内存使用率增长很快，则应该降低这个阈值，以避免频繁触发老年代串行收集器。因此通过该选项便可以有效降低Full GC的执行次数。
- 一XX： +UseCMSCompactAtFullCollection用于指定在执行完Full GC后对内存空间进行压缩整理，以此避免内存碎片的产生。不过由于内存压缩整理过程无法并发执行，所带来的问题就是停顿时间变得更长了。
- 一XX：CMSFullGCsBeforeCompaction设置在执行多少次Full GC后对内存空间进行压缩整理。
- 一XX：ParallelCMSThreads 设置CMS的线程数量。
- CMS 默认启动的线程数是（ParallelGCThreads+3） /4， ParallelGCThreads是年轻代并行收集器的线程数。当CPU资源比较紧张时，受到CMs收集器线程的影响，应用程序的性能在垃圾回收阶段可能会非常糟糕。
### 小结：
**HotSpot有这么多的垃圾回收器，那么如果有人问，Serial GC、 Parallel GC、Concurrent Mark Sweep GC这三个GC有什么不同呢？**
请记住以下口令：
如果你想要最小化地使用内存和并行开销，请选Serial GC；
如果你想要最大化应用程序的吞吐量，请选Parallel GC；
如果你想要最小化GC的中断或停顿时间，请选CMS GC。
### JDK 后续版本中CMS的变化
- JDK9新特性： CMS被标记为Deprecate了（JEP291）
- 如果对JDK 9及以上版本的HotSpot虚拟机使用参数一XX：+UseConcMarkSweepGC来开启CMS收集器的话，用户会收到一个警告信息，提示CMS未来将会被废弃。
- JDK14新特性： 删除CMS垃圾回收器（JEP363）
- 移除了CMS垃圾收集器，如果在JDK14中使用一XX： +UseConcMarkSweepGC的话，JVM不会报错，只是给出一个warning信息，但是不会exit。JVM会自动回退以默认GC方式启动JVM
## 7、G1回收器:区域化分代式
**既然我们已经有了前面几个强大的GC，为什么还要发布Garbage First（G1）GC？**
原因就在于应用程序所应对的业务越来越庞大、复杂，用户越来越多，没有GC就不能保证应用程序正常进行，而经常造成STW的GC又跟不上实际的需求，所以才会不断地尝试对GC进行优化。G1 （Garbage一First） 垃圾回收器是在Java7 update4之后引入的一个新的垃圾回收器，是当今收集器技术发展的最前沿成果之一。
与此同时，为了适应现在不断扩大的内存和不断增加的处理器数量，进一步降低暂停时间（pause time） ，同时兼顾良好的吞吐量。
==官方给G1设定的目标是在延迟可控的情况下获得尽可能高的吞吐量，所以才担当起“全功能收集器”的重任与期望==
**为什么名字叫做Garbage First （G1）呢？**
- 因为G1是一个并行回收器，它把堆内存分割为很多不相关的区域（Region） （物理上 不连续的）。使用不同的Region来表示Eden、幸存者0区，幸存者1区，老年代等。
- G1 GC有计划地避免在整个Java 堆中进行全区域的垃圾收集。G1跟踪各个Region 里面的垃圾堆积的价值大小（回收所获得的空间大小以及回收所需时间的经验值），在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region。
- 由于这种方式的侧重点在于回收垃圾最大量的区间（Region），所以我们给G1一个名字：垃圾优先（Garbage First） 。
- G1 （Garbage一First） 是一款面向服务端应用的垃圾收集器，主要针对配备多核CPU及大容量内存的机器，以极高概率满足GC停顿时间的同时，还兼具高吞吐量的性能特征。
- 在JDK1. 7版本正式启用，移除了Experimental的标识，是JDK 9以后的默认垃圾回收器，取代了CMS回收器以及Parallel + Parallel 0ld组合。被Oracle官方称为“全功能的垃圾收集器” 。
- 与此同时，CMS已经在JDK 9中被标记为废弃（deprecated） 。在jdk8中还不是默认的垃圾回收器，需要使用一XX： +UseG1GC来启用。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-T0hqVBwP-1648379865805)(Pic/172f88cff30208a5)]
### 优势
与其他GC收集器相比，G1使用了全新的分区算法，其特点如下所示：
- 并行与并发
- ➢并行性： G1在回收期间，可以有多个Gc线程同时工作，有效利用多核计算能力。此时用户线程STW
- ➢并发性： G1拥有与应用程序交替执行的能力，部分工作可以和应用程序同时执行，因此，一般来说，不会在整个回收阶段发生完全阻塞应用程序的情况
- 分代收集
- ➢从分代上看，G1依然属于分代型垃圾回收器，它会区分年轻代和老年代，年轻代依然有Eden区和Survivor区。但从堆的结构，上看，它不要求整个Eden区、年轻代或者老年代都是连续的，也不再坚持固定大小和固定数量。
- ➢将堆空间分为若干个区域（Region） ，这些区域中包含了逻辑上的年轻代和老年代。
- ➢和之前的各类回收器不同，它同时兼顾年轻代和老年代。对比其他回收器，或者工作在年轻代，或者工作在老年代；
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-4FJdXzDY-1648379865806)(Pic/172f88d5eaac9036)]
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ANNGDB4w-1648379865807)(Pic/172f88dad2adfacc)]
- 空间整合
- ➢CMS： “标记一清除”算法、内存碎片、若干次Gc后进行一次碎片整理
- ➢G1将内存划分为一个个的region。 内存的回收是以region作为基本单位的.Region之间是复制算法，但整体上实际可看作是标记一压缩（Mark一Compact）算法，两种算法都可以避免内存碎片。这种特性有利于程序长时间运行，分配大对象时不会因为无法找到连续内存空间而提前触发下一次GC。尤其是当Java堆非常大的时候，G1的优势更加明显。
- 可预测的停顿时间模型（即：软实时soft real一time） 这是G1相对于CMS的另一大优势，G1除了追求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为M毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒。
- ➢由于分区的原因，G1可以只选取部分区域进行内存回收，这样缩小了回收的范围，因此对于全局停顿情况的发生也能得到较好的控制。
- ➢G1跟踪各个Region里面的垃圾堆积的价值大小（回收所获得的空间大小以 及回收所需时间的经验值），在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region。保证了G1 收集器在有限的时间内可以获取尽可能高的收集效率。
- ➢相比于CMSGC，G1未必能做到CMS在最好情况下的延时停顿，但是最差情况要.好很多。
### 缺点
- 相较于CMS，G1还不具备全方位、压倒性优势。比如在用户程序运行过程中，G1无论是为了垃圾收集产生的内存占用（Footprint） 还是程序运行时的额外执行负载（overload） 都要比CMS要高。
- 从经验上来说，在小内存应用上CMS的表现大概率会优于G1，而G1在大内存应用，上则发挥其优势。平衡点在6一8GB之间。
### 参数设置
- 一XX：+UseG1GC 手动指定使用G1收集器执行内存回收任务。
- 一XX：G1HeapRegionSize 设置每个Region的大小。值是2的幂，范围是1MB 到32MB之间，目标是根据最小的Java堆大小划分出约2048个区域。默认是堆内存的1/2000。
- 一XX：MaxGCPauseMillis 设置期望达到的最大Gc停顿时间指标（JVM会尽力实现，但不保证达到）。默认值是200ms
- 一xX：ParallelGCThread 设置sTw.工作线程数的值。最多设置为8
- 一XX：ConcGCThreads 设置并发标记的线程数。将n设置为并行垃圾回收线程数（ParallelGCThreads）的1/4左右。
- 一XX：Ini tiatingHeapOccupancyPercent 设置触发并发GC周期的Java堆占用率阈值。超过此值，就触发GC。默认值是45。
### G1回收器的常见操作步骤
G1的设计原则就是简化JVM性能调优，开发人员只需要简单的三步即可完成调优：
- 第一步：开启G1垃圾收集器
- 第二步：设置堆的最大内存
- 第三步：设置最大的停顿时间
G1中提供了三种垃圾回收模式： YoungGC、 Mixed GC和Full GC， 在不同的条件下被触发。
### 适用场景
- 面向服务端应用，针对具有大内存、多处理器的机器。（在普通大小的堆里表现并不.惊喜）
- 最主要的应用是需要低GC延迟，并具有大堆的应用程序提供解决方案；
- 如：在堆大小约6GB或更大时，可预测的暂停时间可以低于0.5秒； （ G1通过每次只清理一部分而不是全部的Region的增量式清理来保证每次GC停顿时间不会过长）。
- 用来替换掉JDK1.5中的CMS收集器； 在下面的情况时，使用G1可能比CMS好：
①超过50%的Java堆被活动数据占用；
②对象分配频率或年代提升频率变化很大；
③GC停顿时间过长（长于0. 5至1秒）。
- HotSpot垃圾收集器里，除了G1以外，其他的垃圾收集器使用内置的JVM线程执行 GC的多线程操作，而G1 GC可以采用应用线程承担后台运行的GC工作，即当JVM的GC线程处理速度慢时，系统会调用应用程序线程帮助加速垃圾回收过程。
### 分区region,化整为零
使用G1收集器时，它将整个Java堆划分成约2048个大小相同的独立Region块，每个Region块大小根据堆空间的实际大小而定，整体被控制在1MB到32MB之间，且为2的N次幂，即1MB， 2MB， 4MB， 8MB， 1 6MB， 32MB。可以通过一 XX：G1HeapRegionSize设定。所有的Region大小相同，且在JVM生命周期内不会被改变。
虽然还保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔离的了，它们都是一部分Region （不需要连续）的集合。通过Region的动态分配方式实现逻辑_上的连续。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-fPzzBp3h-1648379865808)(Pic/172f88e292405e6f)]
- 一个region 有可能属于Eden， Survivor 或者0ld/Tenured 内存区域。但是一个region只可能属于一个角色。图中的E表示该region属于Eden内存区域，s表示属于Survivor内存区域，0表示属于0ld内存区域。图中空白的表示未使用的内存空间。
- G1垃圾收集器还增加了一种新的内存区域，叫做Humongous内存区域，如图中的H块。主要用于存储大对象，如果超过1. 5个region，就放到H。
- 设置H的原因：
- 对于堆中的大对象，默认直接会被分配到老年代，但是如果它是一个短期存在的大对象，就会对垃圾收集器造成负面影响。为了解决这个问题，G1划分了一个Humongous区，它用来专门存放大对象。如果一个H区装不下一个大对象，那么G1会寻找连续的H区来存储。为了能找到连续的H区，有时候不得不启动Full GC。G1的大多数行为都把H区作为老年代的一部分来看待。
### G1回收器垃圾回收过程
G1 GC的垃圾回收过程主要包括如下三个环节：
- 年轻代GC （Young GC ）
- 老年代并发标记过程（ Concurrent Marking）
- 混合回收（Mixed GC ）
- （如果需要，单线程、独占式、高强度的Full GC还是继续存在的。它针对GC的评估失败提供了一种失败保护机制，即强力回收。）
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-WHxeyzZG-1648379865809)(Pic/172f88e82e57b525)]
顺时针， young gc 一> young gc + concurrent mark 一> Mixed GC顺序，进行垃圾回收。
- 应用程序分配内存，当年轻代的Eden区用尽时开始年轻代回收过程； G1的年轻代收集阶段是一个并行的独占式收集器。在年轻代回收期，G1 GC暂停所有应用程序线程，启动多线程执行年轻代回收。然后从年轻代区间移动存活对象到Survivor区间或者老年区间，也有可能是两个区间都会涉及。
- 当堆内存使用达到一定值（默认45%）时，开始老年代并发标记过程。
- 标记完成马.上开始混合回收过程。对于一个混合回收期，G1 GC从老年区间移动存活对象到空闲区间，这些空闲区间也就成为了老年代的一部分。和年轻代不同，老年代的G1回收器和其他GC不同，G1的老年代回收器不需要整个老年代被回收，一次只需要扫描/回收一小部分老年代的Region就可以了。同时，这个老年代Region是和年轻代一起 被回收的。
- 举个例子：一个web服务器，Java进程最大堆内存为4G，每分钟响应1500个请求，每45秒钟会新分配大约2G的内存。G1会每45秒钟进行一次年轻代回收，每31 个小时整个堆的使用率会达到45号，会开始老年代并发标记过程，标记完成后开始四到五次的混合回收。
### 记忆集与写屏障
- 一个对象被不同区域引用的问题(分代引用问题)
- 一个Region不可能是孤立的，一个Region中的对象可能被其他任意Region中对象引用，判断对象存活时，是否需要扫描整个Java堆才能保证准确？
- 在其他的分代收集器，也存在这样的问题（ 而G1更突出）
- 回收新生代也不得不同时扫描老年代？
- 这样的话会降低MinorGC的效率；
- ·解决方法：
- ➢无论G1还是其他分代收集器，JVM都是使用RememberedSet来避免全局扫描：
- ➢每个Region都有 一个对应的Remembered Set；
- ➢每次Reference类 型数据写操作时，都会产生一个Write Barrier暂 时中断操作； .
- ➢然后检查将要写入的引用指向的对象是否和该Reference类型数据在不同的Region （其他收集器：检查老年代对象是否引用了新生代对象） ；
- ➢如果不同，通过CardTable把相关引用信息记录到引用指向对象的所在Region对应的Remembered Set中；
- ➢当进行垃圾收集时，在GC根节点的枚举范围加入Remembered Set；就可以保证不进行全局扫描，也不会有遗漏。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-wECguF6e-1648379865810)(Pic/172f88f075afe7cf)]
### G1回收过程详解
#### 1）年轻代GC
- JVM启动时，G1 先准备好Eden区，程序在运行过程中不断创建对象到Eden区，当Eden空间耗尽时，G1会启动一次年轻代垃圾回收过程。
- 年轻代垃圾回收只会回收Eden区和Survivor区。
- YGC时，首先G1停止应用程序的执行（Stop一The一World），G1创建回收集（Collection Set），回收集是指需要被回收的内存分段的集合，年轻代回收过程的回收集包含年轻代Eden区和Survivor区所有的内存分段。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-R2ucx6OB-1648379865811)(Pic/172f88f5d8bec04e)]
然后开始如下回收过程：
- **第一阶段，扫描根**。
根是指static变量指向的对象，正在执行的方法调用链条上的局部变量等。根引用连同RSet记录的外部引用作为扫描存活对象的入口。
- 第二阶段，更新RSet
处理dirty card queue（ 见备注）中的card，更新RSet。 此阶段完成后，RSet可 以准确的反映老年代对所在的内存分段中对象的引用。
- dirty card queue: 对于应用程序的引用赋值语句object.field=object，JVM会在之前和之后执行特殊的操作以在dirty card queue中入队一个保存了对象引用信息的card。在年轻代回收的时候， G1会对Dirty Card Queue中所有的card进行处理，以更新RSet，保证RSet实时准确的反映引用关系。 那为什么不在引用赋值语句处直接更新RSet呢？这是为了性能的需要，RSet的处理需要线程同步，开销会很大，使用队列性能会好很多。
- **第三阶段，处理RSet**。
识别被老年代对象指向的Eden中的对象，这些被指向的Eden中的对象被认为是存活的对象。
- **第四阶段，复制对象**。
此阶段，对象树被遍历，Eden区 内存段中存活的对象会被复制到Survivor区中空的内存分段，Survivor区内存段中存活的对象如果年龄未达阈值，年龄会加1，达到阀值会被会被复制到01d区中空的内存分段。如果Survivor空间不够，Eden空间的 部分数据会直接晋升到老年代空间。
- **第五阶段，处理引用**。
处理Soft，Weak， Phantom， Final， JNI Weak等引用。最终Eden空间的数据为空，GC停止工作，而目标内存中的对象都是连续存储的，没有碎片，所以复制过程可以达到内存整理的效果，减少碎片。
#### 2）并发标记过程
- 初始标记阶段：标记从根节点直接可达的对象。这个阶段是STW的，并且会触发一.次年轻代GC。
- 根区域扫描（Root Region Scanning） ： G1 GC扫描Survivor区 直接可达的老年代区域对象，并标记被引用的对象。这一过程必 须在young GC之前完成。
- 并发标记（Concurrent Marking）： 在整个堆中进行并发标记（和应用程序并发执行），此过程可能被young GC中断。在并发标记阶段，若发现区域对象中的所有对象都是垃圾，那这个区域会被立即回收。同时，并发标记过程中，会计算每个区域的对象活性（区域中存活对象的比例）。
- 再次标记（Remark）： 由 于应用程序持续进行，需要修正上一次的标记结果。是STW的。G1中采用了比CMS更快的初始快照算法：snapshot一at一the一beginning （SATB）。
- 独占清理（cleanup，STW）：计算各个区域的存活对象和GC回收比例，并进行排序，识别可以混合回收的区域。为下阶段做铺垫。是STW的。
- ➢这个阶段并不会实际上去做垃圾的收集
- 并发清理阶段：识别并清理完全空闲的区域。
3）混合回收
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当越来越多的对象晋升到老年代oldregion时，为了避免堆内存被耗尽，虚拟机会触发一个混合的垃圾收集器，即Mixed GC， 该算法并不是一个0ldGC，除了回收整个Young Region，还会回收一部分的0ldRegion。这里需要注意：是一部分老年代， 而不是全部老年代。可以选择哪些0ldRegion进行收集，从而可以对垃圾回收的耗时时间进行控制。也要注意的是Mixed GC并不是Fu1l GC。
- 并发标记结束以后，老年代中百分百为垃圾的内存分段被回收了，部分为垃圾的内存分段被计算了出来。默认情况下，这些老年代的内存分段会分8次（可以通过一XX： G1MixedGCCountTarget设置）被回收。
- 混合回收的回收集（Collection Set） 包括八分之一的老年代内存分段，Eden区内存分段，Survivor区内存分段。混合回收的算法和年轻代回收的算法完全一样，只是回收集多了老年代的内存分段。具体过程请参考上面的年轻代回收过程。
- 由于老年代中的内存分段默认分8次回收，G1会优先回收垃圾多的内存分段。垃圾占内存分段比例越高的，越会被先回收。并且有一个阈值会决定内存分段是否被回收，一xX： G1MixedGCLiveThresholdPercent，默认为65%，意思是垃圾占内存分段比例要达到65%才会被回收。如果垃圾占比太低，意味着存活的对象占比高，在复制的时候会花费更多的时间。
- 混合回收并不一定要进行8次。有一个阈值一Xx： G1HeapWastePercent，默认值为10%，意思是允许整个堆内存中有10%的空间被浪费，意味着如果发现可以回收的垃圾占堆内存的比例低于10%，则不再进行混合回收。因为GC会花费很多的时间但是回收到的内存却很少。
#### 4）Full GC
G1的初衷就是要避免Full GC的出现。但是如果上述方式不能正常工作，G1会停止应用程序的执行（Stop一 The一World），使用单线程的内存回收算法进行垃圾回收，性能会非常差，应用程序停顿时间会很长。
要避免Full GC的发生，一旦发生需要进行调整。什么时候会发生Full GC呢？比如堆内存太小，当G1在复制存活对象的时候没有空的内存分段可用，则会回退到full gc， 这种情况可以通过增大内存解决。
导致G1Full GC的原因可能有两个：
- 1.Evacuation的时候没有足够的to一 space来存放晋升的对象；
- 2.并发处理过程完成之前空间耗尽。
#### 5）补充
从Oracle官方透露出来的信息可获知，回收阶段（Evacuation）其实.本也有想过设计成与用户程序一起并发执行，但这件事情做起来比较复杂，考虑到G1只是回收一部分Region， 停顿时间是用户可控制的，所以并不迫切去实现，而选择把这个特性放到了G1之后出现的低延迟垃圾收集器（即ZGC）中。另外，还考虑到G1不是仅仅面向低延迟，停顿用户线程能够最大幅度提高垃圾收集效率，为了保证吞吐量所以才选择了完全暂停用户线程的实现方案。
### 优化建议
- 年轻代大小
- ➢避免使用一Xmn或一XX：NewRatio等相关选项显式设置年轻代大小➢固定年轻代的大小会覆盖暂停时间目标
- 暂停时间目标不要太过严苛
- G1 GC的吞吐量目标是90%的应用程序时间和10%的垃圾回收时间
- 评估G1 GC的吞吐量时，暂停时间目标不要太严苛。目标太过严苛表 示你愿意承受更多的垃圾回收开销，而这些会直接影响到吞吐量。
## 8、垃圾回收器总结
截止JDK 1.8，一共有7款不同的垃圾收集器。每一款不同的垃圾收集器都有不同的特点，在具体使用的时候，需要根据具体的情况选用不同的垃圾收集器。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-moq4hFTS-1648379865813)(Pic/172f890f1baad386)]
不同厂商、不同版本的虚拟机实现差别很大。HotSpot 虚拟机在JDK7/8后所有收集器及组合（连线），如下图：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-OUN9OVs4-1648379865813)(Pic/172f8916237d7221)]
- 1）两个收集器间有连线，表明它们可以搭配使用： Serial/Serial 0ld、Serial /CMS、ParNew/Serial 0ld、ParNew/CMS、 Parallel Scavenge/Serial 01d、Parallel Scavenge/Parallel 0ld、G1；
- 2）其中Serial 0ld作 为CMS出现"Concurrent Mode Failure"失败 的后备预案。
- 3）（红色虚线）由于维护和兼容性测试的成本，在JDK 8时将Serial+CMS、 ParNew+Serial 0ld这两个组合声明为Deprecated （JEP 173），并在JDK 9中完全取消了这些组合的支持（JEP214），即：移除。
- 4）（绿色虚线）JDK 14中：弃用ParallelScavenge 和Serial0ld GC组合 （JEP 366）
- 5）（青色虚线）JDK 14中：删除CMS垃圾回收器 （JEP 363 ） GC发展阶段： Serial => Parallel （并行） => CMS （并发） => G1 => ZGC
**怎么选择垃圾回收器**
- Java垃圾收集器的配置对于JVM优化来说是一个很重要的选择，选择合适的垃圾收集器可以让JVM的性能有一个很大的提升。
- 怎么选择垃圾收集器？
- 1.优先调整堆的大小让JVM自适应完成。
- 2.如果内存小于100M，使用串行收集器
- 3.如果是单核、单机程序，并且没有停顿时间的要求，串行收集器
- 4.如果是多CPU、需要高吞吐量、允许停顿时间超过1秒，选择并行或者JVM自己选择
- 5.如果是多CPU、追求低停顿时间，需快速响应（比如延迟不能超过1秒，如互联网应用），使用并发收集器
- 官方推荐G1，性能高。现在互联网的项目，基本都是使用G1。
- 最后需要明确一一个观点：
- 1.没有最好的收集器，更没有万能的收集；
- 2.调优永远是针对特定场景、特定需求，不存在一劳永逸的收集器
## 9、GC日志分析
通过阅读GC日志，我们可以了解Java虛拟机内存分配与回收策略。内存分配与垃圾回收的参数列表
- 一XX： +PrintGC 输出Gc日志。类似： 一verbose：gc
- 一XX： +PrintGCDetails 输出GC的详细日志
- 一XX： +PrintGCTimeStamps 输出GC的时间戳（以基准时间的形式）
- 一XX： +PrintGCDateStamps输出GC的时间戳（以日期的形式，如2013一05一04T21：53：59.234+0800 ）
- 一XX： +PrintHeapAtGC 在进行GC的前后打印出堆的信息
- 一Xloggc：. . /logs/gc. log日志文件的输出路径
### +PrintGC
- 打开GC日志：一verbose：gc
- 这个只会显示总的GC堆的变化， 如下：
[GC （Allocation Failure） 80832K一>19298K（227840K），0.0084018 secs]
[GC （Metadata GC Threshold） 109499K一>21465K （228352K），0.0184066 secs]
[Full GC （Metadata GC Threshold） 21 465K一>16716K （201728K），0.0619261 secs ]
参数解析：
GC、Full GC： GC的类型，GC只在新生代上进行，Full GC包括永生代，新生代， 老年代。
Allocation Failure： GC发生的原因。
80832K一> 19298K：堆在GC前的大小和GC后的大小。
228840k：现在的堆大小。
0.0084018 secs： GC持续的时间。
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### PrintGCDetails
-打开GC日志： `一verbose：gc一 XX： +PrintGCDetaiis`
- 输入信息如下：
[GC （Allocation Failure） [ PSYoungGen： 70640K一> 10116K（141312K） ] 80541K一>20017K （227328K），0.0172573 secs] [Times： user=0.03 sys=0.00， real=0.02 secs ]
[GC （Metadata GC Threshold） [PSYoungGen：98859K一>8154K（142336K） ] 108760K一>21261K （228352K），
0.0151573 secs] [Times： user=0.00 sys=0.01， real=0.02 secs]
[Full GC （Metadata GC Threshold） [PSYoungGen： 8154K一>0K（142336K） ] [ParOldGen： 13107K一>16809K（62464K） ] 21261K一>16809K （204800K），[Metaspace： 20599K一>20599K （1067008K） ]，0.0639732 secs]
[Times： user=0.14 sys=0.00， real=0.06 secs]
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参数解析：
GC，Full FC：同样是GC的类型
Allocation Failure： GC原因
PSYoungGen：使用了Parallel Scavenge并行垃圾收集器的新生代GC前后大小的变化
ParOldGen：使用了Parallel Old并行垃圾收集器的老年代Gc前后大小的变化
Metaspace： 元数据区GC前后大小的变化，JDK1.8中引入了 元数据区以替代永久代
xxx secs ： 指Gc花费的时间
Times： user： 指的是垃圾收集器花费的所有CPU时间，sys： 花费在等待系统调用或系统事件的时间， real ：GC从开始到结束的时间，包括其他进程占用时间片的实际时间。
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### PrintGCTimeStamps
- 打开GC日志： `一verbose：gc 一XX： +PrintGCDetails 一XX：+PrintGCTimeStamps 一 XX： +PrintGCDateStamps`
- 输入信息如下：
2019一09一24T22：15：24.518+0800：3.287： [GC（Allocation Failure） [ PSYoungGen： 1361 62K一>5113K（136192K） ] 141425K一>17632K （222208K） ，0.0248249 secs] [Times： user=0.05sys=0.00， real=0.03 secs ]
2019一09一24T22：15：25.559+0800：4.329： [ GC（Metadata GC Threshold）[PSYoungGen：97578K一>10068K（274944K） ] 110096K一>22658K （360960K），0.0094071 secs]
[Times： user=0. 00sys=0.00， real=0. 01 secs]
2019一09一24T22：15：25.569+0800：4.338： [Full GC （Metadata GC Threshold）[ PSYoungGen：10068K一>0K（274944K） ] [ ParoldGen： 12590K一>13564K （56320K） ] 22658K一>13564K （331264K） ，
[Metaspace： 20590K一>20590K（1067008K）]， 0. 0494875 secs]
[Times： user=0.17 sys=0. 02，real=0.05 secs ]
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说明：带上了日期和时间
### 补充说明
- "[GC"和"[Full GC"说明了这次垃圾收集的停顿类型，如果有"Full"则说明GC发生了"StopThe World"
- 使用Serial收集器在新生代的名字是De fault New Generation， 因此显示的是" [DefNew"
- 使用ParNew收集器在新生代的名字会变成" 【ParNew"，意思是"Parallel New Generation"
- 使用Parallel Scavenge收 集器在新生代的名字是" 【PSYoungGen"
- 老年代的收集和新生代道理一样，名字也是收集器决定的
- 使用G1收集器的话，会显示为"garbage一 first heap"
- Allocation Failure 表明本次引起GC的原因是因为在年轻代中没有足够的空间能够存储新的数据了。
- [PSYoungGen： 5986K一>696K（8704K）] 5986K一> 704K （9216K） 中括号内： GC回收前年轻代大小，回收后大小，（ 年轻代总大小） 括号外： GC回收前年轻代和老年代大小，回收后大小，（ 年轻代和老年代总大小）
- user代表用户态回收耗时，sys 内核态回收耗时， rea实际耗时。由于多核的原因，时间总和可能会超过real时间
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-xzl70KRN-1648379865814)(Pic/172f892280ce063f)]
Minor GC
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LbcDmsu1-1648379865815)(Pic/172f892ade579903)]
Full GC
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-8iDadC35-1648379865816)(Pic/172f892f35470b6d)]
例
/**
* 在jdk7 和 jdk8中分别执行
* -verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseSerialGC
*/
public class GCLogTest1 {
private static final int _1MB = 1024 * 1024;
public static void testAllocation() {
byte[] allocation1, allocation2, allocation3, allocation4;
allocation1 = new byte[2 * _1MB];
allocation2 = new byte[2 * _1MB];
allocation3 = new byte[2 * _1MB];
allocation4 = new byte[4 * _1MB];
}
public static void main(String[] agrs) {
testAllocation();
}
}
复制代码
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-M6ZumWtK-1648379865817)(Pic/172f893d58cbd45d)][外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-T1KGHdE1-1648379865818)(Pic/172f89430ef6abb7)]
### 日志分析工具使用
可以用一些工具去分析这些gc日志。
常用的日志分析.工具有： GCViewer、GCEasy、GCHisto、GCLogViewer 、Hpjmeter、garbagecat等。
## 10、垃圾回收器的新发展
GC仍然处于飞速发展之中，目前的默认选项G1 GC在不断的进行改进，很多我们原来认为的缺点，例如串行的Full GC、Card Table扫描的低效等，都已经被大幅改进，例如，JDK 10以后，Fu1l GC已经是并行运行，在很多场景下，其表现还略优于Parallel GC的并行Full GC实现。
即使是Serial GC，虽然比较古老，但是简单的设计和实现未必就是过时的，它本身的开销，不管是GC相关数据结构的开销，还是线程的开销，都是非常小的，所以随着云计算的兴起，在Serverless等新的应用场景下，Serial GC找到了新的舞台。
比较不幸的是CMS GC， 因为其算法的理论缺陷等原因，虽然现在还有非常大的用户群体，但在JDK9中已经被标记为废弃，并在JDK14版本中移除。
### JDK11 新特性
- JEP318 : Epsilon: A No一Op Garbage Collector (Epsilon 垃圾回收器,"No一Op (无操作) "回收器) http: / /openidk.java.net/ieps/318
- JEP333: ZGC: A Scalable Low一 Latency ;Garbage Collector (Experimental) ( ZGC:可伸縮的低延退竝坂回收器，处于试验性阶段)
### Open JDK12的Shenandoah GC
- 现在G1回收器已成为默认回收器好几年了。
- 我们还看到了引入了两个新的收集器： ZGC （ JDK11出现）和Shenandoah（Open JDK12） 。
- ➢主打特点：低停顿时间
**Open JDK12 的Shenandoah GC：低停顿时间的GC （实验性）**
- Shenandoah，无疑是众多GC中最孤独的一个。是第一款不由Oracle公司团队领导开发的HotSpot垃圾收集器。不可避免的受到官方的排挤。比如号称OpenJDK和OracleJDK没有区别的Oracle公司仍拒绝在OracleJDK12中支持Shenandoah。
- Shenandoah垃圾回收器最初由RedHat进行的一项垃 圾收集器研究项目PauselessGC的实现，旨在针对JVM上的内存回收实现低停顿的需求。在2014年贡献给OpenJDK。
- Red Hat研发Shenandoah团队对外宣称，Shenandoah垃 圾回收器的暂停时间与堆大小无关，这意味着无论将堆设置为200MB还是200GB，99.9%的目标都可以把垃圾收集的停顿时间限制在十毫秒以内。不过实际使用性能将取决于实际工作堆的大小和工作负载。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ESo1vEAe-1648379865819)(Pic/172f8949968d9d3e)]
- 这是RedHat在2016年发表的论文数据，测试内容是使用Es对200GB的维基百科数据进行索引。从结果看：
- 停顿时间比其他几款收集器确实有了质的飞跃，但也未实现最大停顿时间控制在十毫秒以内的目标。
- 而吞吐量方面出现了明显的下降，总运行时间是所有测试收集器里最长的。
- Shenandoah GC的弱项：高运行负担下的吞吐量下降。
- Shenandoah GC的强项：低延迟时间。
### ***性的ZGC
[官网链接](https://link.juejin.cn/?target=https%3A%2F%2Fdocs.oracle.com%2Fen%2Fjava%2Fjavase%2F12%2Fgctuning%2Fz-garbage-collector1.html)
ZGC与Shenandoah目标高度相似，在尽可能对吞吐量影响不大的前提下，实现在任意堆内存大小下都可以把垃圾收集的停顿时间限制在十毫秒以内的低延迟。
《深入理解Java虚拟机》一书中这样定义ZGC： ZGC收集器是一款基于Region内存布局的，（暂时） 不设分代的，使用了读屏障、染色指针和内存多重映射等技术来实现可并发的标记一压缩算法的，以低延迟为首要目标的一款垃圾收集器。
ZGC的工作过程可以分为4个阶段：并发标记一并发预备重分配一并发重分配一并发重映射等。
ZGC几乎在所有地方并发执行的，除了初始标记的是sTW的。所以停顿时间.几乎就耗费在初始标记上，这部分的实际时间是非常少的。
测试数据如图:
**劣势比较**
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-wWAWQmEH-1648379865819)(Pic/172f894ed354442d)]
**优势比较**
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-T59z2RAe-1648379865820)(Pic/172f895334a0a7b8)]
在ZGC的强项停顿时间测试上，它毫不留情的将Parallel、G1拉开了两个数量级的差距。无论平均停顿、958停顿、998停顿、99. 98停顿，还是最大停顿时间，ZGC 都能毫不费劲控制在10毫秒以内。
### JDK14新特性
**JEP 364： ZGC应用在macOS上**
**JEP 365： ZGC应用在windows上** JDK14之前，ZGC仅Linux才支持
- 尽管许多使用ZGC的用户都使用类Linux的环境，但在Windows和macOS 上，人们也需要ZGC进行开发部署和测试。许多桌面应用也可以从ZGC中受益。因此，ZGC特性被移植到了Windows和macOs.上。
- 现在mac或Windows 上也能使用zGC了，示例如下： 一XX： +Unloc kExperimentalVMOptions 一XX： +UseZGC .
### 其他垃圾回收器:AliGC
AliGC是阿里巴巴JVM团队基于G1算法，面 向大堆（LargeHeap）应用场景。指定场景下的对比：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-04hSMvhf-1648379865821)(Pic/172f89618e0f433e)]
当然，其他厂商也提供了各种独具一格的GC实现，例如比较有名的低延迟GC，Zing （ [www.infoq.com/articles/az…](https://link.juejin.cn/?target=https%3A%2F%2Fwww.infoq.com%2Farticles%2Fazul_gc_in_detail))
七、Class文件结构
7.1 字节码文件的跨平台性
1、Java语言:跨平台的语言（write once ，run anywhere）
- 当Java源代码成功编译成字节码后，如果想在不同的平台上面运行，则无须再次编译
- 这个优势不再那么吸引人了。Python、PHP、 Perl、Ruby、 Lisp等有强大的解释器。
- 跨平台似乎已经快成为一门语言必选的特性。
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2、想要让一个Java程序正确地运行在JVM中，Java源码就必须要被编译为符合JVM规范的字节码。
- 前端编译器的主要任务就是负责将符合Java语法规范的Java代码转换为符合JVM规范的字节码文件。
- javac是一种能够将Java源码编译为字节码的前端编译器。
- Javac编译器在将Java源码编译为一个有效的字节码文件过程中经历了4个步骤，分别是词法解析、语法解析、语义解析以及生成字节码。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-FumpCPvr-1648379865822)(Pic/14383fda800a4dca876936cfd0ac9726~tplv-k3u1fbpfcp-watermark.image)]
3、泛泛地讲，一个语言是否高效（程序性能是否高效），跟语言本身并没有太大关系，主要有关系的是编译器，java语言最初没有编译器，只有解释器，逐行执行的解释器效率较低，后期引入了JIT编译器（热点代码探测技术），大大提升了效率
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-S6l1VnkH-1648379865823)(Pic/096c8ee8a382438da707d2b5defd1bf7~tplv-k3u1fbpfcp-watermark.image)]
4、前端编译器vs后端编译器
- Java源代码的编译结果是字节码，那么肯定需要有一种编译器能够将Java源码编译为字节码，承担这个重要责任的就是配置在path环境变量中的javac编译器
- javac是一种能够将Java源码编译为字节码的前端编译器。
- HotSpot VM并没有强制要求前端编译器只能使用javac来编译字节码，其实只要编译结果符合JVM规范都可以被JVM所识别即可。在Java的前端编译器领域，除了javac之外，还有一种被大家经常用到的前端编译器，那就是内置在Eclipse中的ECJ （EclipseCompiler for Java）编译器。和Javac的全量式编译不同，ECJ是一种增量式编译器。
- 在Eclipse中，当开发人员编写完代码后，使用“Ctrl+S”快捷键时，ECJ编译器所采取的编译方案是把未编译部分的源码逐行进行编译，而非每次都全量编译。因此ECJ的编译效率会比javac更加迅速和高效，当然编译质量和javac相比大致还是一样的。
- ECJ不仅是Eclipse的默认内置前端编译器，在Tomcat中同样也是使用ECJ编译器来编译jsp文件。由于ECJ编译器是采用
- 默认情况下， IntelliJ IDEA 使用 javac编译器。（还可以自己设置为AspectJ编译器ajc）
- 前端编译器并不会直接涉及编译优化等方面的技术，而是将这些具体优化细节移交给HotSpot的JIT编译器负责。
7.2 透过字节码看代码执行细节
1、举例1
package com.yxj.java;
public class IntegerTest {
public static void main(String[] args) {
Integer x = 5;
int y = 5;
System.out.println(x == y); // true
Integer i1 = 10;
Integer i2 = 10;
System.out.println(i1 == i2);//true
Integer i3 = 128;
Integer i4 = 128;
System.out.println(i3 == i4);//false
}
}
通过字节码文件可以看出来
通过观察源码可以看出-128-127不会new出新对象。
0 iconst_5
1 invokestatic #2 <java/lang/Integer.valueOf>
4 astore_1
5 iconst_5
6 istore_2
7 getstatic #3 <java/lang/System.out>
10 aload_1
11 invokevirtual #4 <java/lang/Integer.intValue>
14 iload_2
15 if_icmpne 22 (+7)
18 iconst_1
19 goto 23 (+4)
22 iconst_0
23 invokevirtual #5 <java/io/PrintStream.println>
26 bipush 10
28 invokestatic #2 <java/lang/Integer.valueOf>
31 astore_3
32 bipush 10
34 invokestatic #2 <java/lang/Integer.valueOf>
37 astore 4
39 getstatic #3 <java/lang/System.out>
42 aload_3
43 aload 4
45 if_acmpne 52 (+7)
48 iconst_1
49 goto 53 (+4)
52 iconst_0
53 invokevirtual #5 <java/io/PrintStream.println>
56 sipush 128
59 invokestatic #2 <java/lang/Integer.valueOf>
62 astore 5
64 sipush 128
67 invokestatic #2 <java/lang/Integer.valueOf>
70 astore 6
72 getstatic #3 <java/lang/System.out>
75 aload 5
77 aload 6
79 if_acmpne 86 (+7)
82 iconst_1
83 goto 87 (+4)
86 iconst_0
87 invokevirtual #5 <java/io/PrintStream.println>
90 return
2、举例2
package com.yxj.java;
public class StringTest {
public static void main(String[] args) {
String str = new String("hello") + new String("world");
String str1 = "helloworld";
System.out.println(str == str1); // false
String str2 = new String("helloworld");
System.out.println(str == str2); // false
}
public void method1(){
}
public void method1(int num){
}
// public int method1(int num){
// return 1;
// }
}
0 new #2 <java/lang/StringBuilder>
3 dup
4 invokespecial #3 <java/lang/StringBuilder.<init>>
7 new #4 <java/lang/String>
10 dup
11 ldc #5 <hello>
13 invokespecial #6 <java/lang/String.<init>>
16 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append>
19 new #4 <java/lang/String>
22 dup
23 ldc #8 <world>
25 invokespecial #6 <java/lang/String.<init>>
28 invokevirtual #7 <java/lang/StringBuilder.append>
31 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.toString>
34 astore_1
35 ldc #10 <helloworld>
37 astore_2
38 getstatic #11 <java/lang/System.out>
41 aload_1
42 aload_2
43 if_acmpne 50 (+7)
46 iconst_1
47 goto 51 (+4)
50 iconst_0
51 invokevirtual #12 <java/io/PrintStream.println>
54 new #4 <java/lang/String>
57 dup
58 ldc #10 <helloworld>
60 invokespecial #6 <java/lang/String.<init>>
63 astore_3
64 getstatic #11 <java/lang/System.out>
67 aload_1
68 aload_3
69 if_acmpne 76 (+7)
72 iconst_1
73 goto 77 (+4)
76 iconst_0
77 invokevirtual #12 <java/io/PrintStream.println>
80 return
3、举例3
package com.yxj.java;
/*
成员变量（非静态的）的赋值过程： ① 默认初始化 - ② 显式初始化 /代码块中初始化 - ③ 构造器中初始化 - ④ 有了对象之后，可以“对象.属性”或"对象.方法"
的方式对成员变量进行赋值。
*/
class Father {
int x = 10;
public Father() {
this.print();
x = 20;
}
public void print() {
System.out.println("Father.x = " + x);
}
}
class Son extends Father {
int x = 30;
// float x = 30.1F;
public Son() {
this.print();
x = 40;
}
public void print() {
System.out.println("Son.x = " + x);
} //Son.x = 0 Son.x = 30
}
public class SonTest {
public static void main(String[] args) {
Father f = new Son();
System.out.println(f.x); // 20
}
}
输出结果
Son.x = 0
Son.x = 30
20
0 aload_0
1 invokespecial #1 <com/yxj/java/Father.<init>>
4 aload_0
5 bipush 30
7 putfield #2 <com/yxj/java/Son.x>
10 aload_0
11 invokevirtual #3 <com/yxj/java/Son.print>
14 aload_0
15 bipush 40
17 putfield #2 <com/yxj/java/Son.x>
20 return
0 getstatic #4 <java/lang/System.out>
3 new #5 <java/lang/StringBuilder>
6 dup
7 invokespecial #6 <java/lang/StringBuilder.<init>>
10 ldc #7 <Son.x = >
12 invokevirtual #8 <java/lang/StringBuilder.append>
15 aload_0
16 getfield #2 <com/yxj/java/Son.x>
19 invokevirtual #9 <java/lang/StringBuilder.append>
22 invokevirtual #10 <java/lang/StringBuilder.toString>
25 invokevirtual #11 <java/io/PrintStream.println>
28 return
7.3 解读Class文件的三种方式
虚拟机的基石：Class文件
字节码文件里是什么？
源代码经过编译器编译之后便会生成一个字节码文件，字节码是一种二进制的类文件，它的内容是JVM的指令，而不像C、C++经由编译器直接生成本地机器码
什么是字节码指令（byte code）？
Java虚拟机的指令由一个字节长度的，代表着某种特定操作含义的操作码 (opcode)以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数的操作数（operand）所构成
虚拟机中许多指令并不包含操作数，只有一个操作码
由于指令只有一个字节大小，所以最多只有256个，对于添加新的指令要非常小心，超过256个可就完蛋了
如何解读供虚拟机解释执行的二进制字节码？
1、使用Notepad++查看，安装HEX-Editor插件后进行查看
2、使用javap指令，JDK自带的反解析工具
3、使用IDEA插件，jclasslib或jclasslib bytecode viewer客户端工具
7.4 Class文件结构
Class类的本质
任何一个Class文件都对应着唯一一个类或接口的定义信息，但反过来说Class文件实际上它并不一定以磁盘文件形式存在。Class文件是一组以字节为基础单位的二进制流，在内存中的表现形式为字节数组
Class文件格式
Class的结构不像XML等描述语言，由于它没有任何分隔符号。所以在其中的数据项，无论是字节顺序还是数量，都是被严格限定的。哪个字节代表什么含义，长度是多少，先后顺序如何，都不允许改变
Class文件格式采用一种类似于C语言结构体的方式进行数据存储，这种结构中只有两种数据类型：无符号数和表
无符号数属于基本的数据类型，以u1、u2、u4、u8来分别代表1个字节、2个字节、4个字节、8个字节的无符号数，无符号数可以用来描述数字、索引引用、数量值或者按照UTF-8编码构成字符串值
表是由多个无符号数或者其他表作为数据项构成的复合数据类型，所有表都习惯性地以"_info"结尾。表用于描述有层次关系的复合结构的数据，整个Class文件本质上就是一张表。由于表没有固定长度，所以通常会在其前面加上个数说明
Class文件格式图示
7.5 Class文件结构概述
1、魔数（Class文件的标志）
Magic Number（魔数）
每个Class文件开头的4个字节的无符号整数称为魔数（Magic Number）
它的唯一作用是确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的有效合法的Class文件。即：魔数是Class文件的标识符
魔数值固定为0xCAFEBABE，不会改变
如果一个 Class 文件不以0xCAFEBABE开头，虚拟机在进行文件校验的时候就会直接抛出以下错误：
2、Class文件版本号
紧接着魔数的4个字节存储的是Class文件的版本号。同样也是4个字节。第5个和第6个字节所代表的含义就是编译的副版本号minor_version，而第7个和第8个字节就是编译的主版本号major_version
它们共同构成了Class文件的格式版本号。譬如某个Class文件的主版本号为M，服版本号为m，那么这个Class文件的格式版本号就确定为M.m
版本号和Java编译器的对应关系如下表：
Java的版本号是从45开始的，JDK 1.1之后的每个JDK大版本发布主版本号向上加1
不同版本的Java编译器编译的Class文件对应的版本是不一样的。目前，高版本的Java虚拟机可以执行由低版本编译器生成的Class文件，但是低版本的Java虚拟机不能执行由高版本编译器生成的Class文件。否则JVM会抛出java.lang.UnsupportedClassVersionError异常（向下兼容）
在实际应用中，由于开发环境和生产环境的不同，可能会导致该问题的发生。因此，需要我们在开发时，特别注意开发编译的JDK版本和生产环境的JDK版本是否一致
虚拟机JDK版本为1.k (k >= 2)时，对应的Class文件格式版本号的范围为45.0 - 44 + k.0（含两端）
3、常量池
常量池是Class文件中内容最为丰富的区域之一。常量池对于Class文件中的字段和方法解析也有着至关重要的作用
随着Java虚拟机的不断发展，常量池的内容也日渐丰富，可以说常量池是整个Class文件的基石
在版本号之后，紧跟着的是常量池的数量，以及若干个常量池表项
常量池中常量的数量是不固定的，所以在常量池的入口需要放置一项u2类型的无符号数，代表常量池容量计数值（constant_pool_count），与Java中语言习惯不一样的是，这个容量计数是从1而不是0开始的
通常我们写代码时都是从0开始的，但是这里的常量池却是从1开始，因为 它把第0项常量空出来了
这是为了满足后面某些指向常量池的索引值的数据在特定情况下需要表达"不引用任何一个常量池项目"的含义，这种情况可用索引值0来表示
例如后面的父类索引，Object类没有父类，所以它的父类索引在常量池中就是0
常量池表是一种表结构，索引为1到（constant_pool_count - 1）
常量池中主要存放两大常量：字面量和符号引用
字面量：使用""引起来的字符串、使用final修饰的基本数据类型变量
符号引用：类和接口的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符
常量项大概有14种，结构都是标记字节（1字节） + 其他。比较常见的有CONSTANT_utf8_info、CONSTANT_class_info、CONSTANT_Methodref_info、CONSTANT_Fieldref_info等
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-cKXYvjpO-1648379865824)(Pic/image-20210708172828828-1625736515879.png)]
由上表可见，Class件使用一个前置的容量计数器( constant_pool_ count)加若个连续的数据项( constant_pool)的形式来描述常量池内容。我们把这一系列连续常量池数据称为常量池集合。
常量池表顶中，用于存放编译时期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池
4、常量池计数器
constant_pool_ count（常量池计数器）
由于常量池的数量不固定，时长时短，所以需要放置两个字节来表示常量池容量计数值。
常量池容量计数值(u2类型)：从1开始，表示常量池中有多少项常量。即 constant_pool_ count=1表示常量池中有个常量项
Demo的值为
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-6qllxOdp-1648379865824)(Pic/20210303082056674-1625736601589.png)]
其值为0x0016,掐指一算，也就是22.
需要注意的是，这实际上只有21项常量。索引为范围是1-21。为什么呢？
通常我们写代码时都是从开始的，但是这里的常量池却是从1开始，因为它把第0项常星空出来了。这是为了满足后面某些指向
常量池的素引值的数据在特定情况下需要表达"不引用任何一个常量池项目”的含义，这种情況可用索引0来表示
5、常量池表
constant_pool[]（常量池）
constant_pool是一种表结构，以1~ constant_pool_ count-1为素引。表明了后面有多少个常量项。
常量池主要存放两大类常量：字面量( Literal)和符号引用( Symbolic References)
它包含了class文件结构及其子结构中引用的所有字符串常量、类或接口名、字段名和其他常量。常量池中的每一项都具各相同的特征。第1个字节作为类型标记，用于确定该项的格式，这个字节称为 tag byte(标记字节、标签字节)。
1）字面量和符号引用
在对这些常量解读前，我们需要搞清楚几个概念。
常量池主要存放两大类常量：字面量( Literal)和符号引用( Symbolic References)。如下表：
全限定名
com/yxj/test/Demo这个就是类的全限定名，仅仅是把包名的"."替换成"/",为了使连续的多个全限定名之间不产生混淆，在
使用时最后一般会加入一个“;"表示全限定名结束。
简单名称
简单名称是指没有类型和参数修饰的方法或者字段名称，上面例子中的类的add()方法和num字段的简单名称分别是aad和num
描述符
描述符的作用是用来描述字段的数据类型、方法的参数列表(包括数量、类型以及顺序)和返回值。根据描述符规则，基本数据类型
(byte、char、 double、float、int、long、 short、 boolean)以及代表无返回值的void类型都用一个大写字符来表示，而对
象类型则用字符L加对象的全限定名来表示，详见下表
用描述符来描述方法时，按照先参数列表，后返回值的顺序描述，参数列表按照参数的严格顺序放在一组小括号"()"之内。如方法
java.lang String tostring()的描述符为()Ljava/lang/String;,方法 int abc(int [] x,int y)的描述符为([II)I。
补充说明：
虚拟机在加载class文件时オ会进行链接，也就是说，Class文件中不会保存各个方法和字段的最终内存布局信息，因此，这些字段和方法的符号引用不经过转换是无法直接被虚拟机使用的。当虚拟机运行时，需要从常量池中获得对应的符号引用，再在类加载过程中的解析阶段将其替换为直接引用，并翻译到具体的内存地址中
这里说明下符号引用和直接引用的区别与关联：
符号引用：符号引用以组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标并不一定己经加载到了内存中。
直接引用：直接引用可以是直接指向目标的指针、相対偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是与虚拟机实现的内存布局相关的，同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。如果有了直接引用，那说明引用的目标必定已经存在于内存之中了。
2）常量类型和结构
总结1:
这14种表（或者常量项结构）的共同点是：表开始的第一位是一个u1类型的标志位(tag),代表当前这个常量项使用的是哪种表结构，即哪种常量类型。
在常量池列表中， CONSTANT_Utf8info常量项是一种使用改进过的UTF-8编码格式来存储诸如文字字符串、类或者接口的全限定名、字段或者方法的简单名称以及描述符等常量字符串信息。。
这14种常量项结构还有一个特点是，其中13个常量项占用的字节固定，只有 CONSTANT_Utf8_info占用字节不固定，其大小由length决定。为什么呢？因为从常量池存放的内容可知，其存放的是字面量和符号引用，最终这些内容都会是一个字符串，这些字符串的大小是在编写程序时才确定，比如你定义一个类，类名可以取长取短，所以在没编译前，大小不固定,编译后，通过utf-8编码，就可以知道其长度
总结2:
常量池：可以理解为class文件之中的资源仓库，它是Class文件结构中与其他项目关联最多的数据类型（后面的很多数据类型都会指向此处），也是占用class文件空间最大的数据项目之一
常量池中为什么要包含这些内容
Java代码在进行Javac编译的时候，并不像C和C++那样有“连接”这一步骤，而是在虚拟机加载Class文件的时候进行动态链接。也就是说，在Class文件中不会保存各个方法、字段的最终内存布局信息，因此这些字段、方法的符号引用不经过运行期转换的话无法得到真正的内存入口地址，也就无法直接被虚拟机使用。当虚拟机运行时，需要从常量池获得对应的符号引用，再在类创建时或运行时解析、翻译到具体的内存地址之中。关于类的创建和动态链接的内容，在虚拟机类加载过程时再进行详细讲解
6、访问标识
在常量池后，紧跟着访问标记。该标记使用两个字节表示，用于识別一些类或者接口层次的访问信息，包括：这个Class是类还是接口：是否定义为 public类型：是否定义为 abstract类型：如果是类的话，是否被声明为fin等。各种访问标记如下所示
类的访问权限通常为ACC_开头的常量。
每一种类型的表示都是通过设置访问标记的32位中的特定位来实现的。比如，若是public final的类，则该标记为ACC_PUBLIC|ACC_FINAL
使用ACC_ SUPER可以让类更准确地定位到父类的方法 super. method(),现代编译器都会设置并且使用这个标记。
补充说明
1 带有AC_ INTERFACE标志的class文件表示的是接口而不是类，反之则表示的是类而不是接口。
1) 如果一个class文件被设置 ACC INTERFACE标志，那么同时也得设置 ACC ABSTRACT标志。同时它不能再设置ACC_FINAL、ACC_ SUPER或 ACC_ENUM标志
2)如果没有设置 ACC_INTERFACE标志，那么这个class文件可以具有上表中除 ACC_ANNOTATION外的其他所有标志。当然， ACC_FINAL和ACC_ABSTRACT这类互斥的标志除外。这两个标志不得同时设置
2 ACC_ SUPER标志用于确定类或接口里面的 invokespecial指令使用的是哪一种执行语义。针对Java虚拟机指令集的编译器都应当设置这个标志。对于]Java SE 8及后续版本来说，无论class文件中这个标志的实际值是什么，也不管class文件版本
号是多少，Java虚拟机都认为每个class文件均设置了 ACC_SUPER标志。
1) ACC_SUPER标志是为了向后兼容由旧Java编译器所编译的代码而设计的。目前的 ACC_SUPER标志在由JDK1.0.2之前的编译器所生成的 access_ flags中是没有确定含义的，如果设置了该标志，那么 Oracle的Java虚拟机实现会将其忽略。
3 ACC_ SYNTHETIC标志意味着该类或接口是由编译器生成的，而不是由源代码生成的
4 注解类型必须设置 ACC_ANNOTATION标志。如果设置了ACC_ ANNOTATION标志，那么也必须设置ACC_INTERFACE标志。
5 ACC_ENUM标志表明该类或其父类为枚举类型。
6 表中没有使用的 access_ flags标志是为未来扩充而预留的，这些预留的标志在编译器中应该设置为0,Java虚拟机实现也应该忽略它们。
7、类索引（this_class）、父类索引（super_class）、接口索引集合（interfaces_count、interfaces[]）
类索引、父类索引、接口索引集合
在访问标记后，会指定该类的类別、父类类别以及实现的接口，格式如下：
类索引（this_class）
类索引用于确定这个类的全限定名，2字节无符号整数，指向常量池的索引
常量池在这个索引处的成员必须为CONSTANT_Class_info类型结构体，该结构体表示这个Class文件所定义的类或接口
父类索引（super_class）
2字节无符号整数，指向常量池的索引。它提供了当前类的父类的全限定名
如果我们没有继承任何类，其默认继承的是java/lang/Object 类。同时，由 于Java不支持多继承，所以其父类只有一个
接口索引集合（interfaces_count、interfaces[]）
interfaces_count项的值表示当前类或接口的直接超接口数量
interfaces[]中每个成员的值必须是对常量池表中某项的有效索引值，它的长 度为interfaces_count
每个成员interfaces[i]必须为CONSTANT_Class_info结构，其中0 <= i < interfaces_count
在interfaces[]中，各成员所表示的接口顺序和对应的源代码中给定的接口顺序（从左至右）一样，即 interfaces[0]对应的是源代码中最左边的接口
8、字段表集合
fields
用于描述接口或类中声明的变量。字段(field)包括类级变量以及实例级变量，但是不包括方法内部、代码块内部声明的局部变量。
字段叫什么名字、字段被定义为什么数据类型，这些都是无法固定的，只能引用常量池中的常量来描述。
它指向常量池索引集合，它描述了每个字段的完整信息。比如字段的标识符、访问修饰符（public、 private或
protected)、是类变量还是实例变量( static修饰符)、是否是常量(final修饰符)等。
注意事项：
字段表集合中不会列出从父类或者实现的接口中继承而来的字段，但有可能列出原本Java代码之中不存在的字段。比如在内部类中为了保持对外部类的访问性，会自动添加指向外部类实例的字段。
在Java语言中字段是无法重载的，两个字段的数据类型、修饰符不管是否相同，都必须使用不一样的名称，但是对于字节码来讲，如果两个字段的描述符不一致，那字段重名就是合法的。
1）字段计数器(fields_count)
fields_count的值表示当前class文件fields表的成员个数。使用两个字节来表示。
fields表中每个成员都是一个 field_info结构，用于表示该类或接口所声明的所有类字段或者实例字段，不包括方法内部声明的变量，也不包括从父类或父接口继承的那些字段。
2）fields[]（字段表）
fields表中的每个成员都必须是一个 fields_infd结构的数据项，用手表示当前类或接口中某个字段的完整描述
一个字段的信息包括如下这些信息。这些信息中，各个修饰符都是布尔值，要么有，要么没有
作用域( public、 private、 protected修饰符)
是实例变量还是类变量( static修饰符)
可变性( final)
并发可见性（volatile修饰符，是否强制从主内存读写
可否序列化( transient修饰符)
字段数据类型(基本数据类型、对象、数组)
字段名称
字段表结构
字段表作为一个表，同样有他自己的结构
a 字段访问标志（access_flags）
b 字段名索引（name_index）
根据字段名索引的值，查询常量池中的指定索引项即可
c 描述符索引字段的数据类型（基本数据类型、引用数据类型和数组）
d 属性表集合（属性个数和属性表数组）
一个字段还可能拥有一些属性，用于存储更多的额外信息。比如初始化值、 一些注释信息等
属性个数存放在attribute_count中
属性具体内容存放在attributes数组中
以常量属性为例，结构为：
常量属性结构
9、方法表集合
分为方法表计数器以及方法表数组
方法表计数器：有多少个方法表
方法表：用于表示当前类或接口中某个方法的完整描述
方法表结构图
访问标志
方法名索引：对应常量池中CONSTANT_Uft8_info方法的名称
描述符索引：对应常量池中符号引用方法的返回值和参数列表
属性计数器：有多少个属性
属性表：和前面字段表中的属性表类似，后面详细解释
10、属性表集合
属性计数器：有多少个属性表
属性表
属性表通用格式
属性名索引：在常量池中的索引，其实引用的字符串常量
属性长度：有多少个字节，便于校验
Java8中定义了23中属性表
11、常见的Code属性表
Code属性就是存放方法体里面的代码，但是并非所有方法表都有Code属性，像接口或者抽象方法，他们没有具体的方法体，因此也就不会有Code属性了
Code属性表结构
12、常见的LineNumberTable属性表
LineNumberTable属性是可选变长属性，位于Code结构的属性表
LineNumberTable属性是用来描述Java源码行号与字节码行号之间的对应关系，这个属性可以用来在调试的时候定位代码执行的行数
LineNumberTable属性表结构
13、常见的LocalVariableTable属性表
LocalVariableTable是可选变长属性，位于Code属性的属性表中。它被调试器用于确定方法在执行过程中局部变量的信息
LocalVariableTable属性表结构
attribute_name_index：属性表名称常量池表索引
attribute_length：属性表长度
local_variable_table_length：局部变量个数
start_pc + length：这个变量在方法内的作用于
name_index：变量名在常量池表的索引
descriptor_index：局部变量数据类型在常量池表的索引
index：变量在局部变量表中的槽位
14、总结
Class文件其实就是对类的整体描述
类有哪些字段？有哪些方法？类的全限定名？类的父类是谁？类实现的接口有哪些？方法中具体的方法体是什么？类的访问权限和修饰符等
Class文件中有一块非常重要的内容就是常量池，通过上面的分析可以得知，常量池中存储的符号引用，其他描述的地方引用常量池中的符号引用，最后都定位到字面量（字符串、基本数据类型）
小结
随着Java平台的不断发展，在将来Class文件的内容也一定会做进一步的扩充，但是其基本的格式和结构不会做重大调整
从Java虚拟机的角度看，通过Class文件，可以让更多的计算机语言支持Java虚拟机平台
因此，Class文件结构不仅仅是Java虚拟机的执行入口，更是Java生态圈的基础和核心
7.6 javap主要参数的使用
八、字节码指令集
Java字节码对于虚拟机，就好像汇编语言对于计算机，属于基本执行命令
Java虚拟机的指令由一个字节长度的，代表着某种特定操作含义的数字（称为操作码：Opcode）以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数（称为操作数：Operands）构成
由于Java虚拟机采用面向操作数栈而不是寄存器的结构，所以大多数的指令都不包含操作数，只有一个操作码
由于限制了Java虚拟机操作码的长度为一个字节（即0 ~ 255），这意味着指令集的操作码总数不可能超过256条
执行模型
如果不考虑异常处理的话，那么Java虚拟机的解释器可以使用下面这个伪代码当做最基本的执行模型来理解
8.1 字节码与数据类型
在Java虚拟机的指令集中，大多数的指令都包含了其操作所对应的数据类型信息
例如，iload指令用于从局部变量表中加载int类型的数据到操作数栈中，而fload指令加载的则是float类型的数据
对于大部分与数据类型相关的字节码指令，它们的操作码助记符中都有特殊的字符来表明专门为哪种数据类型服务：
大多数对于boolean、byte、short和char类型数据的操作，实际上都是使用相应的int类型作为运算类型
8.2 指令的分类
加载与存储指令
算术指令
类型转换指令
方法调用与返回指令
操作数栈管理指令
控制转移指令
异常处理指令
同步控制指令
1、加载与存储指令
作用
加载和存储指令用于将数据从栈帧的局部变量表和操作数栈之间来回传递
常用指令
1 [局部变量压栈指令]将一个局部变量加载到操作数栈：xload、xload_<n>(其中x为i、l、f、d
a,n0为到3)
2 [常量入栈指令] 将一个常量加载到操作数栈： bipush、 sipush、ldc、ldc_w、ldc2_w、
aconst_null、 iconst_m1、 iconst_<i>、lconst<l>、 fconst_<f>、 dconst<d>
3 [出栈装入局部变量表指令] 将一个数值从操作数栈存储到局部变量表： xstore、 xstore_<n>(其中
x为i、l、f、d、a,n为0到3); xastore(其中x为、l、f、d、a、b、c、s)
4 扩充局部变量表的访问索引的指令：wide
上面所列举的指令助记符中，有一部分是以尖括号结尾的(例如iload_<n>)。这些指令助记符实际上代表了一组指令(例如iloa_<n>代表了iload_0、iload_1、iload_2和 iload_3这几个指令)。这几组指令都是某个带有一个操作数的通用指令(例如iload)的特殊形式，对于这若干组特殊指令来说，它们表面上没有操作数，不需要进行取操作数的动作，但操作数都隐含在指令中。
比如：
iload_0:将局部变量表中索引为0位置上的数据压入操作数栈中。
除此之外，它们的语义与原生的通用指令完全一致（例如iload_0的语义与操作数为0时的iload指令语义完全一致。在尖括号之间的字母指定了指令隐含操作数的数据类型，<n>代表非负的整数，くi>代表是int类型数据，<l>代表long类型，<f>代表float类型，<d>代表 double类型。
1）局部变量压栈指令
局部变量压栈指令将给定的局部变量表中的数据压入操作数栈
这类指令大体可以分为
x1oad_<n>(x为i、l、f、d、a,n0为到3)
xload(x为i、l、f、d、a)
说明：在这里，x的取值表示数据类型。
指令xload_n表示将第n个局部变量压入操作数栈，比如iload_1、fload_0、 aload_0等指令。其中 aload_n表示将个对象引用压栈。
指令xload通过指定参数的形式，把局部变量压入操作数栈，当使用这个命令时，表示局部变量的数量可能超过了4个，比如指令iload、fload等。
2）常量入栈指令
常量入栈指令的功能是将常数压入操作数栈，根据数据类型和入栈内容的不同，又可以分为const系列、push系列和ldc指令。
指令const系列：用于对特定的常量入栈，入栈的常量隐含在指令本身里。指令有： iconst_<i>(i从-1到5)、lconst_<l>(l从0到1)、 fconst_<f>(f从0到2)、 dconst_<d>(d从到1)、 aconst_null。
比如，
iconst_m1将-1压入操作数栈:
iconst_x(x为0到5)将x压入栈
lconst_0、lconst_1分别将长整数0和1压入栈：
fconst_0、 fconst_1、 fconst_2分别将浮点数0、1、2压入栈
dconst_0和 dconst_1分别将double型0和1压入栈
aconst_null将null压入操作数栈
从指令的命名上不难找出规律，指令助记符的第一个字符总是喜欢表示数据类型，i表示整数，l表示长整数，f表示浮点数，d表示双精度浮点，习惯上用a表示对象引用。如果指令隐含操作的参数，会以下划线形式给出。
指令push系列：主要包括 bipusha和 sipush。它们的区别在于接收数据类型的不同， bipasha接收8位整数作为参数，sipush接收16位整数，它们都将参数压入栈。
指令ldc系列：如果以上指令都不能满足需求，那么可以使用万能的ldc指令，它可以接收一个8位的参数，该参数指向常量池中的int、float或者 Stringl的索引，将指定的内容压入堆栈。
3）出栈装入局部变量表指令
出栈装入局部变量表指令用于将操作数栈中栈顶元素弹出后，装入局部变量表的指定位置，用于给局部变量赋值。
这类指令主要以store的形式存在，比如xstore(x为i、l、f、d、a)、 xstore_n(x为i、l、f、d、a,n为0至3).
其中，指令istore n将从操作数栈中弹出一个整数，并把它赋值给局部变量索引n位置。
指令xstore由于没有隐含参数信息，故需要提供一个byte类型的参数类指定目标局部变量表的位置。
说明：
一般说来，类似像 store这样的命令需要带一个参数，用来指明将弹出的元素放在局部变量表的第几个位置。但是，为了尽可能压缩指令大小，使用专门的 istore_1指令表示将弹出的元素放置在局部变量表第1个位置。类似的还有
istore_0、 istore_2、 istore_3,它们分别表示从操作数栈顶弹出一个元素，存放在局部变量表第0、2、3个位置。
由于局部变量表前几个位置总是非常常用，因此这种做法虽然増加了指令数量，但是可以大大压缩生成的字节码的体积。如果局部变量表很大，需要存储的槽位大于3,那么可以使用 istore指令，外加一个参数，用来表示需要存放的槽位位
置
2、算数指令
算术指令用于对两个操作数梭上的值进行某种特定运算，并把结果重新压入操作数。
分类
大体上算术指令可以分为两种：对整型数据进行运算的指令与对浮直类型数据进行运算的指令。
byte、 short、char和 boolean类型说明
在每一大类中，都有针对Java虚拟机具体数据类型的专用算术指令。但没有直接支持byte、 short、char和 boolean类型的算术指令，对于这些数据的运算，都使用int类型的指令来处理。此外，在处理 boolean、byte、 short和char类
型的数组时，也会转换为使用对应的int类型的字节码指令来处理。
运算时的溢出
数据运算可能会导致溢出，例如两个很大的正整数相加，结果可能是一个负数。其实Java虚拟机规范并无明确规定过整型数据溢出的具体结果，仅规定了在处理整型数据时，只有除法指令以及求余指令中当出现除数为0时会导致虚拟机抛出
异常 Arithmeticexception
运算模式
向最接近数舍入模式：JVM要求在进行浮点数计算时，所有的运算结果都必须舍入到适当的精度，非精确结果必须舍入为可被表示的最接近的精确值，如果有两种可表示的形式与该值一样接近，将优先选择最低有效位为零的；
向零舍入模式：将浮点数转换为整数时，采用该模式，该模式将在目标数值类型中选择一个最接近但是不大于原值的数字作为最精确的舍入结果
NaN值使用
当一个操作产生溢出时，将会使用有符号的无穷大表示，如果某个操作结果没有明确的数学的话，将会使用NaN值来表示。而且所有使用NaN值作为操作数的算术操作，结果都会返回NaN
所有的算术指令包括：
加法指令：iadd ladd、fadd、dadd
减去指令：isub、lsub、fsub、dsub
乘法指令：imul、lmul、fmul、dmul
除法指令：idiv、ldiv、fdiv、ddiv
求余指令：irem、lrem、frem、drem // remainder:余数
取反指令：ineg、lneg、fneg、dneg // negation:取反
自增指令：iinc
位运算指令，又可分为
位移指令：ishl、ishr、 iushr、lshl、lshr、lushr
按位或指令：ior、lor
按位与指令：iand、land
按位异或指令：ixor、lxor
比较指令： dcmpg、dcmpl、 fcmpg、fcmpl、lcmp
1）比较指令
比较指令的作用是比较栈顶两个元素的大小，并将比较结果入栈
比较指令有： dcmpg,dcmpl、 fcmpg、 fcmpl、lcmp
与前面讲解的指令类似，首字符d表示 double类型，f表示float,l表示long
对于double和float类型的数字，由于NaN的存在，各有两个版本的比较指令。以 float为例，有 fcmp和fcmpl两个指令，它们的区别在于在数字比较时，若遇到NaN值，处理结果不同。
指令dcmpl和 dcmpg也是类似的，根据其命名可以推测其含义，在此不再赘述。
指令lcmp针对long型整数，由于ong型整数没有NaN值，故无需准备两套指令。
举例
指令fcmpg和fcmpl都从栈中弹出两个操作数，并将它们做比较，设栈顶的元素为v2,栈顶顺位第2位的元素为v1,若v1=v2,则压入0：若v1>v2则压入1:若v1<v2则压入-1。
两个指令的不同之处在于，如果遇到NaN值， fcmpg会压入1,而fcmpl会压入-1。
3、类型转换指令
类型转换指令可以将两种不同的数值类型进行相互转换。
这些转换操作一般用于实现用户代码中的显式类型转換操作，或者用来处理字节码指令集中数据类型相关指令无法与数据类型一一对应的问题。
1）宽化类型转换
宽化类型转换( Widening Numeric Conversions)
1 转换规则
Java虚拟机直接支持以下数值的宽化类型转换（ widening numeric conversion,小范围类型向大范围类型的安全转换）。也就是说，并不需要指令执行，包括
・从int类型到long、float或者 double类型。对应的指令为：i21、i2f、i2d
从long类型到float、 double类型。对应的指令为：i2f、i2d
从float类型到double类型。对应的指令为：f2d
简化为：int-->long-->float-> double
2 精度损失问题
2.1 宽化类型转换是不会因为超过目标类型最大值而丢失信息的，例如，从int转换到long,或者从int转换到double,都不会丢失任何信息，转换前后的值是精确相等的。
2.2 从int、long类型数值转换到float,或者long类型数值转换到double时，将可能发生精度丢失一一可能丢失掉几个最低有效位上的值，转换后的浮点数值是根据IEEE754最接近含入模式所得到的正确整数值。
尽管宽化类型转换实际上是可能发生精度丢失的，但是这种转换永远不会导致Java虚拟机抛出运行时异常
3 补充说明
从byte、char和 short类型到int类型的宽化类型转换实际上是不存在的。对于byte类型转为int,拟机并没有做实质性的转化处理，只是简单地通过操作数栈交換了两个数据。而将byte转为long时，使用的是i2l,可以看到在内部
byte在这里已经等同于int类型处理，类似的还有 short类型，这种处理方式有两个特点：
一方面可以减少实际的数据类型，如果为 short和byte都准备一套指令，那么指令的数量就会大増，而虚拟机目前的设计上，只愿意使用一个字节表示指令，因此指令总数不能超过256个，为了节省指令资源，将 short和byte当做
int处理也在情理之中。
另一方面，由于局部变量表中的槽位固定为32位，无论是byte或者 short存入局部变量表，都会占用32位空间。从这个角度说，也没有必要特意区分这几种数据类型。
2）窄化类型转换
窄化类型转换( Narrowing Numeric Conversion)
1 转换规则
Java虚拟机也直接支持以下窄化类型转换：
从主int类型至byte、 short或者char类型。对应的指令有：i2b、i2c、i2s
从long类型到int类型。对应的指令有：l2i
从float类型到int或者long类型。对应的指令有：f2i、f2l
从double类型到int、long或者float类型。对应的指令有：d2i、d2l、d2f
2 精度损失问题
窄化类型转换可能会导致转换结果具备不同的正负号、不同的数量级，因此，转换过程很可能会导致数值丢失精度。
尽管数据类型窄化转换可能会发生上限溢出、下限溢出和精度丢失等情况，但是Java虚拟机规范中明确规定数值类型的窄化转换指令永远不可能导致虚拟机抛出运行时异常
3 补充说明
3.1 当将一个浮点值窄化转换为整数类型T(T限于int或long类型之一)的时候，将遵循以下转换规则：
如果浮点值是NaN,那转换结果就是int或long类型的0.
如果浮点值不是无穷大的话，浮点值使用IEEE754的向零含入模式取整，获得整数值Vv如果v在目标类型T(int或long)的表示范围之内，那转换结果就是v。否则，将根据v的符号，转换为T所能表示的最大或者最小正数
3.2 当将一个double类型窄化转换为float类型时，将遵循以下转换规则
通过向最接近数舍入模式舍入一个可以使用float类型表示的数字。最后结果根据下面这3条规则判断
如果转换结果的绝对值太小而无法使用float来表示，将返回float类型的正负零
如果转换结果的绝对值太大而无法使用float来表示，将返回float类型的正负无穷大。
对于double类型的NaN值将按规定转換为float类型的NaN值。
4、对象的创建与访问指令
对象的创建与访问指令
Java是面向对象的程序设计语言，虚拟机平台从字节码层面就对面向对象做了深层次的支持。有一系列指令专门用于对象操作，可进一步细分为创建指令、字段访问指令、数组操作指令、类型检查指令。
1）创建指令
创建指令
虽然类实例和数组都是对象，但Java虚拟机对类实例和数组的创建与操作使用了不同的字节码指令：
1 创建类实例的指令：
创建类实例的指令 new
它接收一个操作数，为指向常量池的索引，表示要创建的类型，执行完成后，将对象的引用压入栈。
2 创建数组的指令：
创建数组的指令： newarray、 anewarray、 multianewarray.
newarray:创建基本类型数组
anewarray:创建引用类型数组
multilanewarra/创建多维数组
上述创建指令可以用于创建对象或者数组，由于对象和数组在Java中的广泛使用，这些指令的使用频率也非常高。
2）字段访问指令
字段访问指令
对象创建后，就可以通过对象访问指令获取对象实例或数组实例中的字段或者数组元素。
访问类字段( static字段，或者称为类变量)的指令： getstatic、 putstatic
访问类实例字段(非 static字段，或者称为实例变量)的指令： getfield、 putfield
举例：
以 getstatic指令为例，它含有一个操作数，为指向常量池的 Fieldref索引，它的作用就是获取 Fieldref指定的
对象或者值，并将其压入操作数栈。
public void sayhello（）{
System. out.println("hello");
}
对应的字节码指令：
0 getstatic #8 <java/lang/System. out>
3 1dc #9 <hello>
5 invokevirtual #10 <java/io/Printstream println>
8 return
3）数组操作指令
数组操作指令主要有： xastore和 xload指令。具体为：
把一个数组元素加载到操作数栈的指令： baload、 caload、 saload、 iaload、laload、 faload、
daload、 aaload
将一个操作数栈的值存储到数组元素中的指令： bastore、 castore、 sastore、 iastore、lastore、
faster、 dastore、 aastore
即：
取数组长度的指令： arraylength
该指令弹出栈顶的数组元素，获取数组的长度，将长度压入栈。
说明
指令xaload表示将数组的元素压栈，比如saload、 caload分别表示压入 short数组和char数组。指令
xaload在执行时，要求操作数中栈顶元素为数组索引i，栈顶顺位第2个元素为数组引用a,该指令会弹出栈顶这
两个元素，并将a[i]重新压入堆栈。
xastor则专门针对数组操作，以 iastore为例，它用于给一个int数组的给定索引赋值。在 iastore执行前
操作数栈顶需要以此准备3个元素：值、索引、数组引用， iastore会弹出这3个值，并将值赋给数组中指定索
引的位置。
4）类型检查指令
检查类实例或数组类型的指令： instanceof、 checkcast.
指令checkcast用于检查类型强制转换是否可以进行。如果可以进行，那么checkcast指令不会改变操作数栈
否则它会抛出ClassCasteException异常。
指令 instanceof用来判断给定对象是否是某一个类的实例，它会将判断结果压入操作数栈。
5、方法的调用与返回指令
1）方法调用指令
方法调用指令： invokevirtual、 invokeinterface、 invokespecial、 invokestatic、 invokedynamic
以下5条指令用于方法调用：
invokeqlvirtual指令用于调用对象的实例方法，根据对象的实际类型进行分派（虚方法分派），支持多态。这也是Java语言中最常见的方法分派方式。
invokeinterface指令用于调用接口方法，它会在运行时搜索由特定对象所实现的这个接口方法，并找出适合的方法进行调用
invokespecia指令用于调用一些需要特殊处理的实例方法，包括实例初始化方法（构造器）、私有方法和父类方法。这些方法都是静态类型绑定的，不会在调用时进行动态派发。
invokestatic指令用于调用命名类中的类方法( static方法)。这是静态绑定的。
invokedynamic:调用动态绑定的方法，这个是JDK1.7后新加入的指令。用于在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法，并执行该方法。前面4条调用指令的分派逻辑都固化在java虚拟机内部，而
invokedynamic指令的分派逻辑是由用户所设定的引导方法决定的。
2）方法返回指令
方法调用结束前，需要进行返回。方法返回指令是根据返回值的类型区分的。
包括 ireturn(当返回值是 boolean、byte、char、 short和int类型时使用)、lreturn、 freturn、dreturn和 areturn
另外还有一条 return指令供声明为void的方法、实例初始化方法以及类和接口的类初始化方法使用。
举例：
通过 ireturn指令，将当前函数操作数栈的顶层元素弹出，并将这个元素压入调用者函数的操作数栈中（因为调用者
非常关心函数的返回值），所有在当前函数操作数栈中的其他元素都会被丢弃。
如果当前返回的是 synchronized方法，那么还会执行一个隐含的 monitorexit指令，退出临界区。
6、操作数栈管理指令
如同操作一个普通数据结构中的堆栈那样，JVM提供的操作数栈管理指令，可以用于直接操作操作数栈的指令。
这类指令包括如下内容
将一个或两个元素从栈顶弹出，并且直接废弃：pop,pop2
复制栈顶一个或两个数值并将复制值或双份的复制值重新压入栈顶：dup,dup2,dup_×1，
dup2_x1, dup _x2, dup2_ x2;
将栈最顶端的两个Slot数值位置交换：swap。Java虚拟机没有提供交换两个64位数据类型（long、 double)数值的指令
指令nop,是一个非常特殊的指令，它的字节码为0x00。和汇编语言中的nop一样，它表示什么都不做。这条指令一般可用于调试、占位等。
这些指令属于通用型，对栈的压入或者弹出无需指明数据类型。
说明：
不带_x的指令是复制栈顶数据并压入栈顶。包括两个指令，dup和dup2.dup的系数代表要复制的Slot个数。
dup开头的指令用于复制1个Slot的数据。例如1个int或1个 reference类型数据
dup2开头的指令用于复制2个Slot的数据。例如1个long,或2个int,或1个int+1个
float类型数据
带_x的指令是复制栈顶数据并插入栈顶以下的某个位置。共有4个指令，dup_x1,dup2_x1,dup_x2,dup2_x2,对于带_x的复制插入指令，只要将指令的dup和x的系数相加，结果即为需要插入得位置
因此
dup_x1插入位置：1+1=2,即顶2个Slot下面
dup_x2插入位置：1+2=3,即栈顶3个Slot下面
dup2_x1插入位置：2+1=3,即栈顶3个Slot下面
dup2_x2插入位置：2+2=4,即栈顶4个Slot下面
pop:将栈顶的1个Slot数值出栈。例如1个 short.类型数值
pop2:将栈顶的2个Slot数值出栈。例如1个double 类型数值，或者2个int类型值
7、控制转移指令
1）比较指今
比较指令的作用是比较占栈顶两个元素的大小，并将比较结果入栽。
比较指令有： dcmpg,dcmpl、 fcmp、fcmpl、lcmp
与前面讲解的指令类似，首字符d表示double类型，f表示float,l表示long.
对于double和float类型的数字，由于NaN的存在，各有两个版本的比较指令。以float为例，有fcmpg和fcmpl两个指令，它们的区别在于在数字比较时，若遇到NaN值，处理结果不同。
指令dcmpl和 dcmpg也是类似的，根据其命名可以推测其含义，在此不再赘述。
举例
指令 fcmp和fcmpl都从中弹出两个操作数，并将它们做比较，设栈顶的元素为v2,顶顺位第2位的元素为v1,若v1=v2,则压入0:若v1>v2则压入1:若v1<v2则压入-1.
两个指令的不同之处在于，如果遇到NaN值， fcmpg会压入1,而fcmpl会压入-1
一 条件跳转指令
条件跳转指令通常和比较指令结合使用。在条件跳转指令执行前，一般可以先用比较指令进行栈顶元素的准备，然后进行条件跳转。
条件跳转指令有：ifeq,iflt,ifle,ifne,ifgt,ifge, ifnull, ifnonnull。这些指令都接收两个字节的操作数
,用于计算跳转的位置(16位符号整数作为当前位置的offset).
它们的统一含义为：弹出栈顶元素，测试它是否满足某一条件，如果满足条件，则跳转到给定位置
具体说明：
2）比较条件跳转指令
比较条件跳转指令类似于比较指令和条件跳转指令的结合体，它将比较和跳转两个步骤合二为一
这类指令有：if_ icmpeg、if_ cmpne、if_ icmplt、if_ icmpgt、if_ icmple、if_ icmpge、if_ acmped和if_ acmpne
其中指令助记符加上“if_”后，以字符“i”开头的指令针对int型整数操作(也包括 short和byte类型)，以字符“a”开
头的指令表示对象引用的比较。
具体说明：
这些指令都接收两个字节的操作数作为参数，用于计算跳转的位置。同时在执行指令时，栈顶需要准备两个元素进行比较。
指令执行完成后，栈顶的这两个元素被清空，且没有任何数据入栽。如果预设条件成立，则执行跳转，否则，继续执行下条语句。
3）多条件分支跳转指令
多条件分支跳转指令是专为 switch-case语句设计的，主要有 tableswitch和lookupswitch
从助记符上看，两者都是 switch语句的实现，它们的区别
tableswitch要求多个条件分支值是连续的，它内部只存放起始值和终止值，以及若干个跳转偏移量，通过给定的操作数 index,可以立即定位到跳转偏移量位置，因此效率比较高
指令lookupswitch内部存放着各个离散的case- offset对，每次执行都要搜索全部的case- offset对，找到匹配的case值，并根据对应的 offset计算跳转地址，因此效率较低。
指令tableswitchl的示意图如下图所示。由于 tableswitch的case值是连续的，因此只需要记录最低值和最高值，以及每项对应的 offset偏移量，根据给定的 indext值通过简单的计算即可直接定位到 offset。
4）无条件跳转指令
目前主要的无条件跳转指令为goto。指令goto接收两个字节的操作数，共同组成一个带符号的整数，用于指定指令的偏移量
指令执行的目的就是跳转到偏移暈给定的位置处。
如果指令偏移量太大，超过双字节的帯符号整数的范围，则可以使用指令goto_w,它和goto有相同的作用，但是它接收4个字节的操作数，可以表示更大的地址范围。
指令jsr、jsr_w、ret虽然也是无条件跳转的，但主要用于try- final1y语句，且已经被虚拟机逐渐废弃，故不在这里介绍这两个指令。
8、异常处理指令
1）抛出异常指令
(1) athrow指令
在]ava程序中显示抛出异常的操作( throw语句)都是由 athrow指令来实现
除了使用 throw语句显示抛出异常情况之外，JVM规范还规定了许多运行时异常会在其他]ava虚拟机指令检测到异常状况时自动抛出。例如，在之前介绍的整数运算时，当除数为零时，虚拟机会在idiv或ldiv指令中抛出
Arithmeticexception异常。
(2)注意
正常情况下，操作数栈的压入弹出都是一条条指令完成的。唯一的例外情况是在抛异常时，]ava虚拟机会清除操作数根上
的所有内容，而后将异常实例压入调用者操作数上。
异常及异常的处理
过程一：异常对象的生成过程-> throw(手动/自动) -->指令： athrow
过程二: 异常的处理：抓抛模型：try-catch-finally --> 使用异常表
2）异常处理与异常表
1 处理异常：
在Java虚拟机中，处理异常( catch语句)不是由字节码指令来实现的(早期使用jsr、ret指令)，而是采用异常表来完成
2 异常表
如果一个方法定义了一个try- catch或者try- final1y的异常处理，就会创建一个异常表。它包含了每个异常处理或者finally块的信息。异常表保存了每个异常处理信息。比如：
起始位置
结束位置
程序计数器记录的代码处理的偏移地址
被捕获的异常类在常量池中的索引
当一个异常被抛出时，3wM会在当前的方法里寻找一个匹配的处理，如果没有找到，这个方***强制结束并弹出当前栈帧，并且异常会重新抛给上层调用的方法（在调用方法帧）。如果在所有帧弹出前仍然没有找到合适的异常处理，这个线程将终止。如果这个异常在最后一个非守护线程里抛出，将会导致JVM自己终止，比如这个线程是个main线程。
不管什么时候抛出异常，如果异常处理最终匹配了所有异常类型，代码就会继续执行。在这种情况下，如果方法结束后没有抛出异常，仍然执行finally块，在 return前，它直接跳到 finally块来完成目标
9、同步控制指令
1 方法级的同步
方法级的同步：是隐式的，即无须通过字节码指令来控制，它实现在方法调用和返回操作之中。虚拟机可以从方法常量池的
方法表结构中的 ACC SYNCHRONIZED访问标志得知一个方法是否声明为同步方法
当调用方法时，调用指令将会检査方法的 ACC SYNCHRONIZED访问标志是否设置。
如果设置了，执行线程将先持有同步锁，然后执行方法。最后在方法完成（无论是正常aa完成还是非正常完成）时释放同步锁。
在方法执行期间，执行线程持有了同步锁，其他任何线程都无法再获得同一个锁。
如果一个同步方法执行期间抛出了异常，并且在方法内部无法处理此异常，那这个同步方法所持有的锁将在异常抛到同步方法之外时自动释放。
举例
private int i = 0;
public synchronized void add(){
i++;
}
对应的字节码：
e aload_0;
1 dup
2 getfield #2 < com/atguigu/javal/SynchronizedTest.i>
5 iconst_1
6 iadd
7 putfield #2 (com/atguigu/java1/SynchronizedTest.i>
2 方法内指定指令序列的同步
同步一段指令集序列：通常是由java中的 synchronized语句块来表示的。jvm的指令集有 monitorenter和
monitorexit两条指令来支持 synchronized关键字的语义。
当一个线程进入同步代码坝时，它使用 monitorenter指令请求进入。如果当前对象的监视器计数器为0,则它会被准许进入,若为1,则判断持有当前监视器的线程是否为自己，如果是，则进入，否则进行等待，直到对象的监视器计数器为0，才会被允许进入同步块。
当线程退出同步块时，需要使用monitorexiti声明退出。在Java虚拟机中，任何对象都有一个监视器与之相关联，用来判断对象是否被锁定，当监视器被持有后，对象处于锁定状态。
指令monitorenter和 monitorexit在执行时，都需要在操作数栈顶压入对象，之后 monitorenter和 monitorexitl的锁定和释放都是针对这个对象的监视器进行的。
下图展示了监视器如何保护临界区代码不同时被多个线程访问，只有当线程4离开临界区后，线程1、2、3才有可能进入。
九、类的加载过程
在Java中数据类型分为基本数据类型和引用数据类型。基本数据类型由虚拟机预先定义，引用数据类型则需要进行类的加载
按照Java虚拟机规范，从class文件到加载到内存中的类，到类卸载出内存为止，它的整个生命周期包括如下7个阶段
其中，验证、准备、解析3个部分统称为链接( Linking)
从程序中类的使用过程看：
9.1 加载阶段
1、加载完成的操作
加载的理解
所谓加载，简而言之就是将Java类的字节码文件加载到机器内存中，并在内存中构建出Java类的原型一一类模板对象。所谓类模板对象，其实就是Java类JVM内存中的一个快照JVMM将从字节码文件中解析出的常量池、类字段、类方法等信息
存储到类模板中，这样JVM在运行期便能通过类模板而获取Java类中的任意信息，能够对Java类的成员变量进行遍历，也能
进行Java方法的调用。
反射的机制即基于这一基础。如果JVM没有将Java类的声明信息存储起来，则JVM在运行期也无法反射。
加载完成的操作
加载阶段，简言之，查找并加载类的二进制数据，生成Class的实例
在加载类时，Java虚拟机必须完成以下3件事情
通过类的全名，获取类的二进制数据流
解析类的二进制数据流为方法区内的数据结构(Java类模型)
创建java.lang.Class类的实例，表示该类型。作为方法区这个类的各种数据的访问入口
2、二进制流的获取方式
对于类的二进制数据流，虚拟机可以通过多种途径产生或获得。(只要所读取的字节码符合JVM规范即可)
虚拟机可能通过文件系统读入一个class后缀的文件（最常见）
读入jar、zip等归档数据包，提取类文件。
事先存放在数据库中的类的二进制数
使用类似于HTP之类的协议通过网络进行加载
在运行时生成一段Class的二进制信息等
在获取到类的二进制信息后，Java虚拟机就会处理这些数据，并最终转为一个java.lang.Class的实例。
如果输入数据不是Classfilel的结构，则会抛出Classformaterror。
3、类模型与Class实例的位置
1 类模型的位置
加载的类在JVM中创建相应的类结构，类结构会存储在方法区(JDK1.8之前：永久代：JDK1.8及之后：元空间)。
2 Class实例的位置
类将.class文件加载至元空间后，会在堆中创建一个]ava.lang.Class对象，用来封装类位于方法区内的数据结构，该Class对象是在加载类的过程中创建的，每个类都对应有一个Class类型的对象。
3 图示
外部可以通过访问代表Order类的class对象来获取 Orderl的类数据结构。
4 再说明
Class类的构造方法是私有的，只有JVM能够创建。
java.lang.Class实例是访问类型元数据的接口，也是实现反射的关键数据、入口。通过Class类提供的接口，可以获得目标类所关联.class文件中具体的数据结构：方法、字段等信息。
4、数组类的加载
创建数组类的情况稍微有些特殊，因为数组类本身并不是由类加载器负责创建，而是由JVM在运行时根据需要而直接创建的
但数组的元素类型仍然需要依靠类加载器去创建。创建数组类(下述简称A)的过程：
如果数组的元素类型是引用类型，那么就遵循定义的加载过程递归加载和创建数组A的元素类型
JVM使用指定的元素类型和数组维度来创建新的数组类。
如果数组的元素类型是引用类型，数组类的可访问性就由元素类型的可访问性决定。否则数组类的可访问性将被缺省定义为Public。
9.2 链接阶段
1、验证阶段( Verification)
当类加载到系统后，就开始链接操作，验证是链接操作的第一步。
它的目的是保证加载的字节码是合法、合理并符合规范的。
验证的步骤比较复杂，实际要验证的项目也很繁多，大体上Java虚拟机需要做以下检査，如图所示
整体说明：
验证的内容则涵盖了类数据信息的格式验证、语义检查、字节码验证，以及符号引用验证等。
其中格式验证会和加载阶段一起执行。验证通过之后，类加载器オ会成功将类的二进制数据信息加载到方法区中。
格式验证之外的验证操作将会在方法区中进行
链接阶段的验证虽然拖慢了加载速度但是它免了在字节码运行时还需要进行各种检查。（磨刀不误砍柴工）
具体说明：
1 格式验证：是否以魔数 OXCAFEBABE开头，主版本和副版本号是否在当前Java虚拟机的支持范围内，数据中每一个项是否都拥有正确的长度等
2 Java拟机会进行字节码的语义检查，但凡在语义上不符合规范的，虚拟机也不会给予验证通过。比如
是否所有的类都有父类的存在(在Java里，除了 object外，其他类都应该有父类)
是否一些被定义为finaL的方法或者类被重写或继承了
非抽象类是否实现了所有抽象方法或者接口方法
是否存在不兼容的方法（比如方法的签名除了返回值不同，其他都一样，这种方***让虚拟机无从下手调度； abstract情况下的方法，就不能是fina的了）
3 Java虚拟机还会进行字节码验证，字节码验证也是验证过程中最为复杂的一个过程。它试图通过对字节码流的分析，判断字节
码是否可以被正确地执行。比如：
在字节码的执行过程中，是否会跳转到一条不存在的指令
函数的调用是否传递了正确类型的参数
变量的赋值是不是给了正确的数据类型等
栈映射帧( StackMaptable)就是在这个阶段，用于检测在特定的字节码处，其局部变量表和操作数栈是否有着正确的数据类型。
但遗憾的是，100%准确地判断一段字节码是否可以被安全执行是无法实现的，因此，该过程只是尽可能地检査出可以预知的明显
的问题。如果在这个阶段无法通过检查，虚拟机也不会正确装载这个类。但是，如果通过了这个阶段的检查，也不能说明这个类是完全没有问题的
2、准备阶段
准备阶段( Preparation),简言之，为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值
当一个类验证通过时，虚拟机就会进入准备阶段。在这个阶段，虚拟机就会为这个类分配相应的内存空间，并设置默认初始值。
java虚拟机为各类型变量默认的初始值如表所示。
注意：Java并不支持 boolean类型，对于 boolean类型，内部实现是int,由于int的默认值是0,故对应的，boolean的默认值就是false
注意
1 这里不包含基本数据类型的字段用 static final修饰的情況，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式赋值
2 注意这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到Java堆中。
3 在这个阶段并不会像初始化阶段中那样会有初始化或者代码被执行
3、解析阶段
解析阶段( Resolution),简言之，将类、接口、字段和方法的符号引用转为直接引用。
1 具体描述
符号引用就是一些字面量的引用，和虚拟机的内部数据结构和和内存布局无关。比较容易理解的就是在Class类文件中
通过常量池进行了大量的符号引用。但是在程序实际运行时，只有符号引用是不够的，比如当如下 printin（）方法被
调用时，系统需要明确知道该方法的位置。
举例：输出操作 System,out. printin（）对应的字节码
invokevirtual #24 <java/io/Printstream println>
以方法为例，Java虚拟机为每个类都准备了一张方法表，将其所有的方法都列在表中，当需要调用一个类的方法的时位
只要知道这个方法在方法表中的偏移量就可以直接调用该方法。通过解析操作，符号引用就可以转变为目标方法在类
中方法表中的位置，从而使得方法被成功调用
2 小结：
所谓解析就是将符号引用转为直接引用，也就是得到类、字段、方法在内存中的指针或者偏移量。因此，可以说，如果
直接引用存在，那么可以肯定系统中存在该类、方法或者字段。但只存在符号引用，不能确定系统中一定存在该结构。
不过Java虚拟机规范并没有明确要求解析阶段一定要按照顺序执行。在 Hotspot VM中，加载、验证、准备和初始化会
按照顺序有条不素地执行，但链接阶段中的解析操作往往会伴随着JVM在执行完初始化之后再执行。
字符串的复习
最后，再来看一下 CONSTANT_ String的解析。由于字符串在程序开发中有着重要的作用，因此，读者有必要了解一下
String在Java虚拟机中的处理。当在Java代码中直接使用字符串量时，就会在类中出现 CONSTANT_ String,它表示
字符串常量，并且会引用一个 CONSTANT_UTF8的常
在Java虚拟行中的常量池中，会维护一张字符串拘留表( intern),它会保存所有出现过的字符串常量（井且没有重复项。只要以 CONSTANT_ String形式出现的字符串也都会在这张表中。使用 String. intern（）方法可以得到一个字行串在拘留表中的引用，因为该表中没有重复项，所以任
何字面相同的字符串的 String.intern（）方法返回总是相等的
9.3 Initialization(初始化阶段)
简言之，为类的静态变量赋予正确的初始值。
1 具体描述
类的初始化是类装载的最后一个阶段。如果前面的步骤都没有问题，那么表示类可以顺利装载到系统中。此时，类才会开始执行Java字节码。(即：到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的Java程序代码。)
初始化阶段的重要工作是执行类的初始化方法：clinit>（）方法
该方法仅能由java编译器生成并由JVM调用，程序开发者无法自定义一个同名的方法，更无法直接在Java程序中调用该方法，虽然该方法也是由字节码指令所组成
它是由类静态成员的赋值语句以及static语句块合并产生的。
2 说明
2.1 在加载一个类之前，虚拟机总是会试图加载该类的父类，因此父类的<clinit>总是在子类<c1init>之前被调用。
也就是说，父类的 static块优先级高于子类。
2.2 Java编译器并不会为所有的类都产生< clinit>（）初始化方法。哪些类在编译为字节码后，字节码文件中将不会包括clinit>（）方法？
一个类中并没有声明任何的类变量，也没有静态代码块时
一个类中声明类变量，但是没有明确使用类变量的初始化语句以及静态代码块来执行初始化操作时
一个类中包含 static final修饰的基本数据类型的字段，这些类字段初始化语句采用编译时常量表达式
< clinit>0的线程安全性
对于< clinit>（）方法的调用，也就是类的初始化，虚拟机会在内部确保其多线程环境中的安全性
虚拟机会保证一个类的<clinit>（）方法在多线程环境中被正确地加锁、同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>（）方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行<c1init>（）方法完毕。
正是因为函数<clinit>（）帯锁线程安全的，因此，如果在一个类的<clinit>（）方法中有耗时很长的操作，就可能造成多
个线程阻塞，引发死锁。并且这种死锁是很难发现的，因为看起来它们并没有可用的锁信息。
如果之前的线程成功加载了类，则等在队列中的线程就没有机会再执行<clinit>（）方法了。那么，当需要使用这个类时,虚拟机会直接返回给它己经准备好的信息。
类的初始化情况：主动使用vs被动使用
Java程序对类的使用分为两种：主动使用和被动使用
主动使用
Class只有在必须要首次使用的时候才会被装载，Java虚拟机不会无条件地装载Class类型。Java虚拟机规定，一个类或
接口在初次使用前，必须要进行初始化。这里指的“使用”，是指主动使用，主动使用只有下列几种情况：（即：如果出现如下的情况，则会对类进行初始化操作。而初始化操作之前的加载、验证、准备己经完成。）
1 当创建一个类的实例时，比如使用new关键字，或者通过反射、克隆、反序列化。
2 当调用类的静态方法时，即当使用了字节码 invokestatic指令
3 当使用类、接口的静态字段时(fina修饰特殊考虑)，比如，使用 getstatic或者 putstatic指令。（对应访问变量、赋值变量操作）
4 当使用java.lang. reflect包中的方法反射类的方法时。比如：Class. forName("com. atgulgu.java.Test")
5 当初始化子类时，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。
6 如果一个接口定义了 default方法，那么直接实现或者间接实现该接口的类的初始化，该接口要在其之前被初始化
7 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类(包含main（）方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。
8 当初次调用 Methodhandle实例时，初始化该 Methodhandle指向的方法所在的类。（涉及解析
REF_ getstatic、REF_ putstatic、REF_ invokestatic方法句柄对应的类）
对5,补充说明
当]ava虚拟机初始化一个类时，要求它的所有父类都已经被初始化，但是这条规则并不适用于接口。
在初始化一个类时，并不会先初始化它所实现的接口
类的初始化情况：主动使用vs被动使用
Java程序对类的使用分为两种：主动使用和被动使用
一、主动使用
Class只有在必须要首次使用的时候オ会被装载，Java虚拟机不会无条件地装载Ccass类型。Java虚拟机规定，一个类或接口在初次使用前，必须要进行初始化。这里指的“使用”，是指主动使用，主动使用只有下列几种情况：（即：如果出现如下的情况，则会对类进行初始化操作。而初始化操作之前的加载、验证、准备己经完成。）
1.当创建一个类的实例时，比如使用new关键字，或者通过反射、克隆、反序列化
2.当调用类的静态方法时，即当使用了字节码 invokestatic指令。
3.当使用类、接口的静态字段时(fina1修饰特殊考虑)，比如，使用 getstatic或者 putstatic指令。（对应访问变量
、赋值变量操作）
4.当使用java.1ang. reflect包中的方法反射类的方法时。比如：Class. forname("com. atguigu,java.Test")
5 当初始化子类时，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。
6 如果一个接口定义了 default方法，那么直接实现或者间接实现该接口的类的初始化，该接口要在其之前被初始化。
7 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类(包含main（）方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。
8 当初次调用 Methodhandle实例时，初始化该 Methodhandle指向的方法所在的类。（涉及解析
REF_ getstatic、REF_ putstatic、REF_ invokestatic方法句柄对应的类）
针对5,补充说明：
当Java虚拟机初始化一个类时，要求它的所有父类都已经被初始化，但是这条规则并不适用于接口。
在初始化一个类时，并不会先初始化它所实现的接口
针对7 说明：
JVM启动的时候通过引导类加载器加载一个初始类。这个类在调用public static void main( String [])方法之前被链接和初始化。这个方法的执行将依次导致所需的类的加载，链接和初始化。
二、被动使用
除了以上的情况属于主动使用，其他的情况均属于被动使用。被动使用不会引起类的初始化。
也就是说：并不是在代码中出现的类，就一定会被加载或者初始化。果不符合主如动使用的条件，类就不会初始
1 当访问一个静态字段时，只有真正声明这个字段的类才会被初始化。当通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化
2 通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化
3 引用常量不会触发此类或接口的初始化。因为常量在链接阶段就己经被显式赋值了。
4 调用classloader类的loadClass（）方法加载一个类，并不是对类的主动使用，不会导致类的初始化。
1.4 类的 Using（使用）
任何一个类型在使用之前都必须经历过完整的加载、链接和初始化3个类加载步骤。一旦一个类型成功经历过这3个步骤之后，便“万事俱备，只欠东风”，就等着开发者使用了。
开发人员可以在程序中访问和调用它的静态类成员信息(比如：静态字段、静态方法)，或者使用new关键字为其创建对象实例。
1.5 类的 Unloading（卸载）
类、类的加载器、类的实例之间的引用关系
在类加载器的内部实现中，用一个Java集合来存放所加载类的引用。另一方面，一个Class对象总是会引用它的类加载器
调用Class对象的 getclassloader（）方法，就能获得它的类加载器。由此可见，代表某个类的Class实例与其类的加
载器之间为双向关联关系。
一个类的实例总是引用代表这个类的Class对象。在 Object:类中定义了getclass（）方法，这个方法返回代表对象所属类
的Class对象的引用。此外，所有的Java类都有一个静态属性class,它引用代表这个类的Class对象。
类的生命周期
当 Sample类被加载、链接和初始化后，它的生命周期就开始了。当代表Sample类的Class对象不再被引用，即不可触及
时，Class对象就会结東生命周期， Sample类在方法区内的数据也会被卸载，从而结束 Sample类的生命周期。
一个类何时结東生命周期，取决于代表它的Class对象何时结束生命周期。
loader1变量和obj变量间接应用代表Sample类的Class对象，而objclass变量则直接引用它。
如果程序运行过程中，将上图左侧三个引用变量都置为null,此时 Sample对象结束生命周期，MyClassloader对象结束
生命周期，代表 Sample类的class对象也结東生命周期，Sample类在方法区内的二进制数据被卸载
当再次有需要时，会检查 Sample类的Class对象是否存在，如果存在会直接使用，不再重新加载：如果不存在 Sample类
会被重新加载，在Java虚拟机的堆区会生成一个新的代表Sample类的Class实例（可以通过哈希码查看是否是同一个实例
四、类的卸载
(1)启动类加载器加载的类型在整个运行期间是不可能被卸载的(jvm和jls规范)
(2)被系统类加载器和扩展类加载器加载的类型在运行期间不太可能被卸载，因为系类加器实例或者扩展类的实例基本上在整个运行期间总能直接或者间接的访问的到，其达到 unreachable的可能性极小。
(3)被开发者自定义的类加载器实例加载的类型只有在很简单的上下文环境中才能被卸载，而且一般还要借助于强制调用
虚拟机的垃圾收集功能才可以做到。可以预想，稍微复杂点的应用场景中（比如：很多时候用户在开发自定义类加载器实
例的时候采用缓存的策略以提高系统性能），被加载的类型在运行期间也是几乎不太可能被卸载的（至少卸载的时间是不确
定的）。
综合以上三点，一个已经加载的类型被卸载的几率很小至少被卸载的时间是不确定的。同时我们可以看的出来，开发者在
开发代码时候，不应该对虚拟机的类型卸载做任何假设的前提下，来实现系统中的特定功能。
十、类加载器
类加载器是JVM执行类加载机制的前提。
Classloader的作用
Classloader是Java的核心组件，所有的Class都是由Classloader进行加载的，Classloader负责通过各种方式将
Class信息的二进制数据流读入JVM内部，转换为一个与目标类对应的java.lang.Class对象实例。然后交给Java虚拟
机进行链接、初始化等操作。因此，Classloader在整个装载阶段，只能影响到类的加载，而无法通过Classloader去
改变类的链接和初始化行为。至于它是否可以运行，则由 Execution Engine决定。
loader1变量和obj变量间接应用代表 Sample类的Class对象，而objclass变量则直接引用它。
10.1 类加截的分类
类的加载分类：显式加载vs隐式加载
class文件的显式加载与隐式加载的方式是指JVM加载class文件到内存的方式。
显式加载指的是在代码中通过调用Classloader加载class对象，如直接使用Class. forName(name)或
this. getClass().getClassloader().loadClass（）加载class对象
隐式加载则是不直接在代码中调用ClassLoader的方法加载class对象，而是通过虚拟机自动加载到内存中，如在
加载某个类的class文件时，该类的class文件中引用了另外一个类的对象，此时额外引用的类将通过JVM自动加载到内存中。
在日常开发以上两种方式一般会混合使用
10.2 类加载器的必要性
一般情况下，Java开发人员并不需要在程序中显式地使用类加载器，但是了解类加载器的加载机制却显得至关重要。从以下几个方面说：
避免在开发中遇到java.lang.ClassNotFoundException异常或java.lang.NoClassDefFoundError异常时
,手足无措。只有了解类加载器的加载机制才能够在出现异常的时候快速地根据错误异常日志定位问题和解决问题
需要支持类的动态加载或需要对编译后的字节码文件进行加解密操作时，就需要与类加载器打交道了。
开发人员可以在程序中编写自定义类加载器来重新定义类的加载规则，以便实现一些自定义的处理逻辑。
10.3 命名空间
1 何为类的唯一性？
对于任意一个类，都需要由 加载它的类加载器和这个类本身一同确认其在]ava虚拟机中的唯一性。毎一个类加载器，都
拥有一个独立的类名称空间：比较两个类是否相等，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义。否则
,即使这两个类源自同一个Class文件，被同一个虚拟机加载，只要加载他们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等
2 命名空间
每个类加载器都有自己的命名空间，命名空间由该加载器及所有的父加载器所加载的类组成
在同一命名空间中，不会出现类的完整名字（包括类的包名）相同的两个类
在不同的命名空间中，有可能会出现类的完整名字（包括类的包名）相同的两个类
在大型应用中，我们往往借助这一特性，来运行同一个类的不同版本。
10.4 类的加载器分类
1、引导类加戟器
启动类加载器(引导类加载器， Bootstrap Classloader)
这个类加载使用C/C++语言实现的，嵌套在JVM内部
它用来加载Java的核心库( JAVA HOME/jre/lib/rt.jar或sun.boot.class.path路径下的内容)。用于提供
JVM自身需要的类
并不继承自java.lang.ClassLoader,没有父加载器。
出于安全考虑， Bootstrap启动类加载器只加载包名为java、 javax、sun等开头的类
加载扩展类和应用程序类加载器，并指定为他们的父类加载器。
使用-XX:+TraceclassLoading参数得到
2、扩展类加载器( Extension Classloader)
Java语言编写，由sun.misc. Launcher$ExtClassloader实现
继承于Clas Loader类
父类加载器为启动类加载器
从java.ext,dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录的jre/lib/ext子目录下加载类库。如果用户创建的JAR放在此目录下，也会自动由扩展类加载器加载。
3、系统类加载器
应用程序类加载器(系统类加载器，AppClassloader)
java语言编写，由sun.misc. Launchers$AppClassloader实现
继承于ClassLoader类
父类加载器为扩展类加载器
它负责加载环境变量classpath或系统属性java.class.path指定路径下的类库
应用程序中的类加载器默认是系统类加载器。
它是用户自定义类加载器的默认父加载器
通过Classloader的getSystemClassLoader()方法可以获取到该类加载器
4、用户自定义类加载器
在Java的日常应用程序开发中，类的加载几乎是由上述3种类加载器相互配合执行的。在必要时，我们还可以自定义类加载器，来定制类的加载方式。
体现Java语言强大生命力和巨大魅力的关键因素之一便是，Java开发者可以自定义类加载器来实现类库的动态加载
加载源可以是本地的JAR包，也可以是网络上的远程资源。
通过类加载器可以实现非常绝妙的插件机制，这方面的实际应用案例举不胜举。例如，著名的OSGI组件框架，再如
Eclipse的插件机制。类加载器为应用程序提供了一种动态增加新功能的机制，这种机制无须重新打包发布应用程序就能实现。
同时，自定义加载器能够实现应用隔离，例如 Tomcat, Spring等中间件和组件框架都在内部实现了自定义的加载
器，并通过自定义加载器隔离不同的组件模块。这种机制比C/C++程序要好太多，想不修改C/C++程序就能为其新
增功能，几乎是不可能的，仅仅一个兼容性便能阻挡住所有美好的设想
自定义类加载器通常需要继承于ClassLoader
5、双亲委派模型
类加载器用来把类加载到Java虚拟机中。从JDK1.2版本开始，类的加载过程采用双亲委派机制，这种机制能更好地保证
Java平台的安全。
1 定义
如果一个类加载器在接到加载类的请求时，它首先不会自己尝试去载这个类，而是把这个请求任务委托给父类加载器
去完成，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回。只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。
2 本质
规定了类加载的顺序是：引导类加载器先加载，若加载不到，由扩展类加载器加载，若还加载不到，才会由系统类加载
器或自定义的类加载器进行加载。
1）优势与劣势
双亲委派机制优势
避免类的重复加载，确保一个类的全局唯一性
Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系，通过这种层级关可以避免类的重复加载，当父亲
已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次
保护程序安全，防止核心API被随意纂改
2 代码支持
双亲委派机制在java.lang,Classloader,loadClass( String, boolean)接口中体现。该接口的逻辑如下：
(1)先在当前加载器的缓存中查找有无目标类，如果有，直接返回。
(2)判断当前加载器的父加載器是否为空，如果不为空，则调用 parent.loadclass(nane, false)接口进行加载。
(3)反之，如果当前加载器的父类加载器为空，则调用 findbootstrapclassornul(name)接口，让引导类加载器进行
加载。
(4)如果通过以上3条路径都没能成功加载，则调用 findclass(name)接口进行加载。该接口最终会调用
java.1ang.Classloader接口的 definedClass系列的 native接口加载目标Java类。
双亲委派的模型就隐藏在这第2和第3步中。
3.举例
假设当前加载的是java.lang. objecti这个类，很显然，该类属于JDK中核心得不能再核心的一个类，因此一定只能由
引导类加载器进行加载。当JVM准备加载javalang.Object时，JVM默认会使用系统类加载器去加载，按照上面
的理转，在第1步从系统类的缓存中背定查找不到该类，于是进入第2步由于从系统类加载器的父加载器是扩展类加载器，于是扩展类加载器继续从第一步开始重复。由于扩展类加载器的缓存中也一定查找不到这类，因此进入第二步。扩展类的父加载器是null,因此系统调用 findClass( String),最终通过引导类加载器进行加载。
4 思考
如果在自定义的类加载器中重写java.lang.Classloader.loadClass( string)或java.lang.Classloader.loadClass( String, boolean)方法，抹去其中的双亲委派机制，仅保留上面这4步中的第
1步与第4步，那么是不是就能够加载核心类库了呢？
这也不行！因为JDK还为核心类库提供了一层保护机制。不管是自定义的类加载器，还是系统类加载器抑或扩展类加载
器，最终都必须调用java.ang.Classloader. definedClass( String,byte],int,int,Protectiondomain)方法，而该方***执行 predefinedClass()接口，该接口中提供了对JDK核心类库的保护。
5 双亲委托模式的弊端
检查类是否加载的委托过程是单向的，这个方式虽然从结构上说比较清晰，使各个Classloaderl的职责非常明确，但是
同时会带来一个问题，即顶层的classloader无法访问底层的classloader所加载的类。
通常情况下，启动类加载器中的类为系统核心类，包括一些重要的系统接口，而在应用类加载器中，为应用类。按照这
种模式，应用类访问系统类自然是没有问题，但是系统类访问应用类就会出现问题。比如在系统类中提供了一个接口，
该接口需要在应用类中得以实现，该接口还绑定一个工厂方法，用于创建该接口的实例，而接口和工厂方法都在启动类
加载器中。这时，就会出现该工厂方法无法创建由应用类加载器加载的应用实例的问题。
结论
由于Java虚拟机规范并没有明确要求类加载器的加载机制一定要使用双亲委派模型，只是建议采用这种方式而己
比如在 Tomcat中，类加载器所采用的加载机制就和传统的双系委派模型有一定区别，当缺省的类加载器接收到一个类的
加载任务时，首先会由它自行加载，当它加载失败时，オ会将类的加载任务委派给它的超类加载器去执行，这同时也是
Servlet规范推荐的一种做法
2）破坏双亲委派机制
a 机制1
破坏双亲委派机制1
双亲委派模型并不是一个具有强制性约束的模型，而是Java设计者推荐给开发者们的类加载器实现方式。
在Java的世界中大部分的类加载器都遵循这个模型，但也有例外的情况，直到Java模块化出现为止，双亲委派模型主要
出现过3次较大规模“被破坏”的情况。
第一次破坏双亲委派机制
双亲委派模型的第一次“被破坏”其实发生在双亲委派模型出现之前一即JDK1.2面世以前的“远古”时代。
由于双亲委派模型在JDK1.2之后才被引入，但是类加载器的概念和抽象类java.lang.Classloaderl则在Java的第一个版本中就已经存在，面对己经存在的用户自定义类加载器的代码，Java设计者们引入双亲委派模型时不得不做出一些妥协，为了兼容这些已有代码，无法再以技术手段避免lloadClass()被子类覆盖的可能性，只能在JDK1.2之后的java.lang.ClassLoader中添加一个新的 protected方法 findclass(),并引导用户编写的类加载逻辑时尽可能去重写这个方法，而不是在loadClass()中编写代码。上节我们已经分析过loadclass()方法，双亲委派的具体逻辑就实现
在这里面，按照loadClass()方法的逻辑，如果父类加载失败，会自动调用自己的 findclass()方法来完成加载，这样既不影响用户按照自己的意愿去加载类，又可以保证新写出来的类加载器是符合双亲委派规则的。
b 机制2
第二次破坏双亲委派机制：线程上下文类加载器
双亲委派模型的第二次“被破坏”是由这个模型自身的缺陷导致的，双亲委派很好地解决了各个类加载器协作时基础类
型的一致性问题（越基础的类由越上层的加载器进行加载），基础类型之所以被称为“基础”，是因为它们总是作为被
用户代码继承、调用的API存在，但程序设计往往没有绝对不变的完美规则，如果有基础类型又要调用回用户的代码
那该怎么办？
这并非是不可能出现的事情，一个典型的例子使是JNDI服务，JNDI现在己经是Java的标准服务，它的代码由启动类加
载器来完成加载(在JDK1.3时加入到 rt jar的)，肯定属于Java中很基础的类型了。但JNDI存在的目的就是对资源进行查找和集中管理，它需要调用由其他厂商实现并部署在应用程序的classpath下的JNDI服务提供者接口(Service Provider Interface,SPI)的代码，现在问题来了，启动类加载器是绝不可能认识、加载这些代码的，那
该怎么办？(SPT:在Java平台中，通常把核心类rt,jar中提供外部服务、可由应用层自行实现的接口称为SPT)
为了解決这个困境，]ava的设计团队只好引入了一个不太优雅的设计：线程上下文类加载器（ Thread Context
C1 assloader)。这个类加载器可以通过java.lang. Thread类的 setcontextclassloader()方法进行设置，如果创建线程时还未设置，它将会从父线程中继承一个，如果在应用程序的全局范围内都没有设置过的话，那这个类加载器默认就是应用程序类加载器。
有了线程上下文类加载器，程序就可以做一些“舞弊”的事情了。JNDI服务使用这个线程上下文类加载器去加载所需的
SPI服务代码，这是一种父类加载器去请求子类加载器完成类加载的行为，这种行为实际上是打通了双系委派模型的层次
结构来逆向使用类加载器，已经违背了双亲委派模型的一般性原则，但也是无可奈何的事情。Java中涉及SPI的加载基
本上都采用这种方式来完成，例如JNDI、JDBC、JCE、JAXB和JBI等。不过，当SPI的服务提供者多于一个的时候，代码就只能根据具体提供者的类型来硬编码判断，为了消除这种极不优雅的实现方式，在JDK6时，JDK提供了一种相对合理的解决方案。
默认上下文加载器就是应用类加载器，这样以上下文加载器为中介，使得启动类加载器中的代码也可以访问应用类加载器中的类
c 机制3
第三次破坏双亲委派机制：
双亲委派模型的第三次“被破坏”是由于用户对程序动态性的追求而导致的。如：代码替換( Hot Swap)、模块热部署( Hot Deployment)等
IBM公司主导的JSR-291(即 OSGI R4.2)实现模块化热部署的关键是它自定义的类加载器机制的实现，每一个程序模块(OSGi中称为 Bundle)都有一个自己的类加载器，当需要更換一个 Bundle时，就把Bundle连同类加载器一起换掉以实现代码的热替换。在OSGi环境下，类加载器不再双亲委派模型推荐的树状结构，而是进一步发展为更加复杂的网状结构
当收到类加载请求时，OSGi将按照下面的顺序进行类搜索：
1)将以java.*开头的类，委派给父类加载器加载
2)否则，将委派列表名单内的类，委派给父类加载器加载。
3)否则，将 Import列表中的类，委派给 Export这个类的 Bundle的类加载器加较。
4)否则，查找当前 Bundle的ClassPath,使用自己的类加载器加载。
5)否则，查找类是否在自己的 Fragment Bundle中，如果在，则委派给 Fragment Bundle的类加载器加载。
6)否则，查找 Dynamic Import列表的 Bundle,委派给对应 Bundle的类加载器加载。
7)否则，类查找失败。
说明：只有开头两点仍然符合双亲委派模型的原则，其余的类查找都是在平级的类加载器中进行的
小结
这里，我们使用了“被破坏”这个词来形容上述不符合双亲委派模型原则的行为，但这里“被破坏”并不一定是带有贬义的。只要有明确的目的和充分的理由，突破旧有原则无疑是一种创新。
正如：OSGi中的类加载器的设计不符合传统的双亲委派的类加载器架构，且业界对其为了实现热部署而带来
的额外的高复杂度还存在不少争议，但对这方面有了解的技术人员基本还是能达成一个共识，认为
OSGi中对类加载器的运用是值得学习的，完全弄懂了OSGi的实现，就算是掌握了类加载器的精梓。
十一、JVM监控及诊断工具-命令行篇
11.1 概述
1、简单命令行工具
11.2 jps
jps：查看正在运行的Java进程
可以通过 jps -help 来查看对应的参数信息
options参数
综合使用：
jps -l -m等价于jps -lm
如何将信息输出到同级文件中：
语法：命令 > 文件名称
例如：jps -l > a.txt
hostid参数
11.3 jstat:查看JVM统计信息
jstat( JVM Statistics Monitoring TooL):用于监视虛拟机各种运行状态信息
的命令行工具。它可以是示本地或者远程虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、
JIT编译等运行数据。
在没有GUI图形界面，只提供了纯文本控制台环境的服务器上，它将是运行期定位虚
拟机性能问题的首选工具。常用于检测垃圾回收问题以及内存泄漏问题
选项option可以由以下值构成。
类装载相关的：
-class:显示ClassLoaderl的相关信息：类的装载、卸载数量、总空间、
类装载所消耗的时间等
垃圾回收相关的：
-gc: 显示与Gc相关的堆信息。包括Eden区、两个Survivor区、老年代
永久代等的容量、已用空间、GC时间合计等信息。
-gccapacity:显示内容与-gc基本相同，但输出主要关注Java堆各个区域
使用到的最大、最小空间。
-gcutil:显示内容与-gc基本相同，但输出主要关注己使用空间占总空间
的百分比。
-gccause:与-gutil功能一样，但是会额外输出导致最后一次或当前正
在发生的GC产生的原因
-gcnew:显示新生代GC状况
-gcnewcapacity:显示内容与-gcnew基本相同，输出主要关注使用到的
最大、最小空间
-geold:显示老年代GC状况
JIT相关的：
-compiler: 显示JIT编译器编译过的方法、耗时等信息
-printcompilation:输出已经被JIT编译的方法
我们可以比较Java进程的启动时间以及总GC时间(GCT列)，或者两次测量的间隔时间
以及总GC时间的增量，来得出GC时间占运行时间的比例。
如果该比例超过20%,则说明目前堆的压力较大：如果该比例超过90%,则说明堆里几乎没有
可用空间，随时都可能抛出OOM异常。
jstat还可以用来判断是否出现内存泄漏。
第1步：
在长时间运行的Java程序中，我们可以运行jstat命令连续获取多行性能数据，并取这几行
数据中OU列（即已占用的老年代内存）的最小值
第2步
然后，我们每隔一段较长的时间重复一次上述操作，来获得多组OU最小值。如果这些值呈上涨趋势。则说明该Java程序的老年代内存己使用量在不断上涨，这意味着无法回收的对象在不断增加，因此很有可能存在存泄漏。
11.4 jinfo
基本情况
jinfo(Configuration Info for Java)
查看虚拟机配置参数信思，也可用于调整虚拟机的配置参数
在很多情况下，Java应用程序不会指定所有的Java虚拟机参数。而此时，开发人员可能不知道
某一个具体的Java虚拟机参数的默认值。在这种情况下，可能需要通过查找文档获取某个参数
的默认值。这个查找过程可能是非常艰难的。但有了 jinfo工具，开发人员可以很方便地找到
Java虚拟机参数的当前值。
jinfo不仅可以查看运行时某一个Java虚拟机参数的实际取值，甚至可以在运行时修改部分参
数，并使之立即生效。
但是，并非所有参数都支持动态修改。参数只有被标记为manageable的flag可以被实时修改。其实，这个修改能力是极其有限的。
java -XX: -PrintFlagslnitial 查看所有JVM参数启动的初始值
java -XX: +PrintFlagsFinal 查看所有JVM参数的最终值
java -XX: +PrintCommandLineflags 查看那些已经被用户或者JVM设置过的详细的XX参数的名称和值
11.5 jmap
jmap:导出内存映像文件&内存使用情况
jmap( JVM Memory Map):作用一方面是获取dump文件(堆转储快照文件，二进制文件)，
它还可以获取目标Java进程的内存相关信息，包括Java堆各区域的使用情况、堆中对象的统
计信息、类加载信息等
开发人员可以在控制台中输入命令“jmap -help”查阅jmap工具的具体使用方式和一些标准选项配置
一般来说，使用jmap指令生成dump文件的操作算得上是最常用的jmap命令之一，将堆中所有
存活对象导出至一个文件之中。
Heap Dump又叫做堆存储文件，指一个Java进程在某个时间点的内存快照。 Heap Dump在触
发内存快照的时候会保存此刻的信息如下
All Objects
Class, fields, primitive values and references
All Classes
Classloader, name, super class, static fields
Garbage Collection Roots
Objects defined to be reachable by the JVM
Thread Stacks and Local Variables
The call-stacks of threads at the moment of the snapshot, and per-frame
information about local objects
说明
1 通常在写 Heap Dump文件前会触发一次Full GC,所以 heap dump文件里保存的都是Fu116C后留下的对象信息。
2 由于生成dump文件比较耗时，因此大家需要耐心等待，尤其是大内存镜像生成dump文件
则需要耗费更长的时间来完成
手动方式
由于jmap将访问堆中的所有对象，为了保证在此过程中不被应用线程干扰，map需要借助安
全点机制，让所有线程停留在不改变堆中数据的状态。也就是说，由jmap导出的堆快照必定
是安全点位置的。这可能导致基于该堆快照的分析结果存在偏差。
举个例子，假设在编译生成的机器码中，某些对象的生命周期在两个安全点之间，那么
live选项将无法探知到这些对象。
另外，如果某个线程长时间无法跑到安全点，jmap将一直等下去。与前面讲的 jstat则不同
,垃圾回收器会主动将 jstat所需要的摘要数据保存至固定位置之中，而jstat只需直接读取
即可。
自动的方式
当程序发生OOM退出系统时，一些瞬时信息都随着程序的终止而消失，而重现OOM问题往往比
较困难或者耗时。此时若能在OOM时，自动导出dump文件就显得非常迫切。
这里介绍一种比较常用的取得堆快照文件的方法，即使用
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError:在程序发生OOM时，导出应用程序的当前堆快照。
-XX: HeapDumpPath:可以指定堆快照的保存位置。
比如
-Xmx100m -XX: +HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=D: \m.hprof
导出内存映射文件
jmap：如何显示堆内存等功能
11.6 jhat:JDK自带堆分析工具
基本情况
jhat(JVM Heap Analysis Tool)
Sun JDK提供的jhat命令与jmap命令搭配使用，用于分析jmap生成的 heap dump文件（堆转
储快照）。jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump文件的分析结果后，用户
可以在浏览器中查看分析结果（分析虚拟机转储快照信息）。
使用了jhat命令，就启动了一个http服务，端口是7000,Bihttp://localhost:7000/
就可以在浏览器里分析。
说明:jhat命令在JDK9、JDK10中已经被删除，官方建议用 VisualVM代替。
11.7 jstack:打印JVM中线程快照
jstack( JVM Stack Trace):用于生成虚拟机指定进程当前时刻的线程快照（虚拟机堆栈跟踪
)。线程快照就是当前虚拟机内指定进程的每一条线程正在执行的方法堆栈的集合
生成线程快照的作用：可用于定位线程出现长时间停顿的原因，如线程间死锁、死循环、请求
外部资源导致的长时间等待等问题。这些都是导致线程长时间停顿的常见原因。当线程出现停
顿时，就可以用jstack显示各个线程调用的堆栈情况。
在thread dump中，要留意下面几种状态
死锁，，Deadlock（重点关注）
等待资源， Waiting on condition（重点关注）
等待获取监视器， Waiting on monitor entry（重点关注）
阻塞， Blocked（重点关注）
执行中， Runnable
暂停， Suspended
11.8 jcmd:多功能命令行
在JDK1.7以后，新增了一个命令行工具jcmd
它是一个多功能的工具，可以用来实现前面除jsat之外所有命令的功能。比如：用它来导出堆、内存使用、查看]ava进程、导出线程信息、执行GC、JVM运行时间等。
jcmd拥有jmap的大部分功能，并且在Oracle的官方网站上也推荐使用jcmd命令代jmap命令
11.9 jstad:远程主机信息收集
之前的指令只涉及到监控本机的Java应用程序，而在这些工具中，一些监控工具也支持对远
程计算机的监控(如jps、 jstat)。为了启用远程监控，则需要配合使用 jstatd工具。
命令 jstatd,是一个RMI服务端程序，它的作用相当于代理服务器，建立本地计算机与远程监
控工具的通信。 jstatd服务器将本机的Java应用程序信息传递到远程计算机
十二、JVM监控及诊断工具-GUI
12.1 工具概述
12.2 JConsole
启动
在jdk安装目录中找到jconsole.exe，双击该可执行文件就可以
打开DOS窗口，直接输入jconsole就可以了
三种连接方式
Local
使用JConsole连接一个正在本地系统运行的JVM，并且执行程序的和运行JConsole的需要是同一个用户。JConsole使用文件系统的授权通过RMI连接起链接到平台的MBean的服务器上。这种从本地连接的监控能力只有Sun的JDK具有。
注意：本地连接要求 启动jconsole的用户 和 运行当前程序的用户 是同一个用户
具体操作如下：
1 在DOS窗口中输入jconsole
2 在控制台上填写相关信息
3 选择不安全的连接
4 进入控制台页面
Remote
使用下面的URL通过RMI连接器连接到一个JMX代理，service:jmx:rmi:///jndi/rmi://hostName:portNum/jmxrmi。JConsole为建立连接，需要在环境变量中设置mx.remote.credentials来指定用户名和密码，从而进行授权。
Advanced
使用一个特殊的URL连接JMX代理。一般情况使用自己定制的连接器而不是RMI提供的连接器来连接JMX代理，或者是一个使用JDK1.4的实现了JMX和JMX Rmote的应用
主要作用
1 概览
2 内存
3 根据线程检测死锁
4 线程
5 VM 概要
12.3 Visual VM
基本概述
使用：
在jdk安装目录中找到jvisualvm.exe，然后双击执行即可
打开DOS窗口，输入jvisualvm就可以打开该软件
插件的安装
首先在IDEA中搜索VisualVM Launcher插件并安装：
2 重启IDEA，然后配置该插件
3 使用两种方式来运行程序
4 运行效果
还是打开jvisualvm界面，只是不需要我们手动打开jvisualvm而已
连接方式
本地连接
监控本地Java进程的CPU、类、线程等
远程连接
1 确定远程服务器的ip地址
2 添加JMX（通过JMX技术具体监控远程服务器哪个Java进程）
3 修改bin/catalina.sh文件，连接远程的tomcat
4 在…/conf中添加jmxremote.access和jmxremote.password文件
5 将服务器地址改成公网ip地址
6 设置阿里云安全策略和防火墙策略
7 启动tomcat，查看tomcat启动日志和端口监听
8 JMX中输入端口号、用户名、密码登录
主要功能
1 生成/读取堆内存快照
一 生成堆内存快照
1 方式1：
2 方式2：
注意：
生成堆内存快照如下图：
这些快照存储在内存中，当线程停止的时候快照就会丢失，如果还想利用，可以将快照进行另存为操作，如下图：
二 装入堆内存快照
2 查看JVM参数和系统属性
3 查看运行中的虚拟机进程
4 生成/读取线程快照
一 生成线程快照
1 方式1
2 方式2：
注意：
生成线程快照如下图：
这些快照存储在内存中，当线程停止的时候快照就会丢失，如果还想利用，可以将快照进行另存为操作，如下图：
二 装入线程快照
5 程序资源的实时监控
6 其他功能
JMX代理连接
远程环境监控
CPU分析和内存分析
12.4 Eclipse MAT
基本概述
获取堆dump文件
dump文件内存
两点说明
获取dump文件
分析堆dump文件
histogram
展示了各个类的实例数目以及这些实例的Shallow heap或者Retained heap的总和
thread overview
查看系统中的Java线程
查看局部变量的信息
获得对象互相引用的关系
with outgoing references
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-AJF0Mrzv-1648379865826)(Pic/20210311090943123.png)]
with incoming references
浅堆与深堆
shallow heap
对象头代表根据类创建的对象的对象头，还有对象的大小不是可能向8字节对齐，而是就向8字节对齐
retained heap
注意：
当前深堆大小 = 当前对象的浅堆大小 + 对象中所包含对象的深堆大小
补充：对象实际大小
练习
案例分析：StudentTrace
代码：
/**
* 有一个学生浏览网页的记录程序，它将记录 每个学生访问过的网站地址。
* 它由三个部分组成：Student、WebPage和StudentTrace三个类
*
* -XX:+HeapDumpBeforeFullGC -XX:HeapDumpPath=c:\code\student.hprof
*
*/
public class StudentTrace {
static List<WebPage> webpages = new ArrayList<WebPage>();
public static void createWebPages() {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
WebPage wp = new WebPage();
wp.setUrl("http://www." + Integer.toString(i) + ".com");
wp.setContent(Integer.toString(i));
webpages.add(wp);
}
}
public static void main(String[] args) {
createWebPages();//创建了100个网页
//创建3个学生对象
Student st3 = new Student(3, "Tom");
Student st5 = new Student(5, "Jerry");
Student st7 = new Student(7, "Lily");
for (int i = 0; i < webpages.size(); i++) {
if (i % st3.getId() == 0)
st3.visit(webpages.get(i));
if (i % st5.getId() == 0)
st5.visit(webpages.get(i));
if (i % st7.getId() == 0)
st7.visit(webpages.get(i));
}
webpages.clear();
System.gc();
}
}
class Student {
private int id;
private String name;
private List<WebPage> history = new ArrayList<>();
public Student(int id, String name) {
super();
this.id = id;
this.name = name;
}
public int getId() {
return id;
}
public void setId(int id) {
this.id = id;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public List<WebPage> getHistory() {
return history;
}
public void setHistory(List<WebPage> history) {
this.history = history;
}
public void visit(WebPage wp) {
if (wp != null) {
history.add(wp);
}
}
}
class WebPage {
private String url;
private String content;
public String getUrl() {
return url;
}
public void setUrl(String url) {
this.url = url;
}
public String getContent() {
return content;
}
public void setContent(String content) {
this.content = content;
}
}
结论：
elementData数组的浅堆是80个字节，而elementData数组中的所有WebPage对象的深堆之和是1208个字节，所以加在一起就是elementData数组的深堆之和，也就是1288个字节
解释：
我说“elementData数组的浅堆是80个字节”，其中15个对象一共是60个字节，对象头8个字节，数组对象本身4个字节，这些的和是72个字节，然后总和要是8的倍数，所以“elementData数组的浅堆是80个字节”
我说“WebPage对象的深堆之和是1208个字节”，一共有15个对象，其中0、21、42、63、84、35、70不仅仅是7的倍数，还是3或者5的倍数，所以这几个数值对应的i不能计算在深堆之内，这15个对象中大多数的深堆是152个字节，但是i是0和7的那两个深堆是144个字节，所以(13*152+144*2)-(6*152+144)=1208，所以这也印证了我上面的话，即“WebPage对象的深堆之和是1208个字节”
因此“elementData数组的浅堆80个字节”加上“WebPage对象的深堆之和1208个字节”，正好是1288个字节，说明“elementData数组的浅堆1288个字节”
支配树
注意：
跟随我一起来理解如何从“对象引用图---》支配树”，首先需要理解支配者（如果要到达对象B，毕竟经过对象A，那么对象A就是对象B的支配者，可以想到支配者大于等于1），然后需要理解直接支配者（在支配者中距离对象B最近的对象A就是对象B的直接支配者，你要明白直接支配者不一定就是对象B的上一级，然后直接支配者只有一个），然后还需要理解支配树是怎么画的，其实支配树中的对象与对象之间的关系就是直接支配关系，也就是上一级是下一级的直接支配者，只要按照这样的方式来作图，肯定能从“对象引用图---》支配树”
在Eclipse MAT工具中如何查看支配树：
Tomcat堆溢出分析
说明
分析过程
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-NT5d4nvl-1648379865827)(Pic/20210311092036632.png)]
支持使用OQL语言查询对象信息
SELECT子句
FROM子句
WHERE子句
内置对象与方法
12.5 内存泄漏
1、内存泄露的理解与分析
2、Java中内存泄露的8种情况
1 静态集合类
2 单例模式
3 内部类持有外部类
4 各种连接，如数据库连接、网络连接和IO连接等
5 变量不合理的作用域
6 改变哈希值
例1：
/**
* 演示内存泄漏
*
* @create 14:43
*/
public class ChangeHashCode {
public static void main(String[] args) {
HashSet set = new HashSet();
Person p1 = new Person(1001, "AA");
Person p2 = new Person(1002, "BB");
set.add(p1);
set.add(p2);
p1.name = "CC";//导致了内存的泄漏
set.remove(p1); //删除失败
System.out.println(set);
set.add(new Person(1001, "CC"));
System.out.println(set);
set.add(new Person(1001, "AA"));
System.out.println(set);
}
}
class Person {
int id;
String name;
public Person(int id, String name) {
this.id = id;
this.name = name;
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
if (this == o) return true;
if (!(o instanceof Person)) return false;
Person person = (Person) o;
if (id != person.id) return false;
return name != null ? name.equals(person.name) : person.name == null;
}
@Override
public int hashCode() {
int result = id;
result = 31 * result + (name != null ? name.hashCode() : 0);
return result;
}
@Override
public String toString() {
return "Person{" +
"id=" + id +
", name='" + name + '\'' +
'}';
}
}
例2：
/**
* 演示内存泄漏
* @create 14:47
*/
public class ChangeHashCode1 {
public static void main(String[] args) {
HashSet<Point> hs = new HashSet<Point>();
Point cc = new Point();
cc.setX(10);//hashCode = 41
hs.add(cc);
cc.setX(20);//hashCode = 51 此行为导致了内存的泄漏
System.out.println("hs.remove = " + hs.remove(cc));//false
hs.add(cc);
System.out.println("hs.size = " + hs.size());//size = 2
System.out.println(hs);
}
}
class Point {
int x;
public int getX() {
return x;
}
public void setX(int x) {
this.x = x;
}
@Override
public int hashCode() {
final int prime = 31;
int result = 1;
result = prime * result + x;
return result;
}
@Override
public boolean equals(Object obj) {
if (this == obj) return true;
if (obj == null) return false;
if (getClass() != obj.getClass()) return false;
Point other = (Point) obj;
if (x != other.x) return false;
return true;
}
@Override
public String toString() {
return "Point{" +
"x=" + x +
'}';
}
}
7 缓存泄露
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-fXQRPGjz-1648379865828)(Pic/20210311075350531.png)]
例子：
/**
* 演示内存泄漏
*
* @create 14:53
*/
public class MapTest {
static Map wMap = new WeakHashMap();
static Map map = new HashMap();
public static void main(String[] args) {
init();
testWeakHashMap();
testHashMap();
}
public static void init() {
String ref1 = new String("obejct1");
String ref2 = new String("obejct2");
String ref3 = new String("obejct3");
String ref4 = new String("obejct4");
wMap.put(ref1, "cacheObject1");
wMap.put(ref2, "cacheObject2");
map.put(ref3, "cacheObject3");
map.put(ref4, "cacheObject4");
System.out.println("String引用ref1，ref2，ref3，ref4 消失");
}
public static void testWeakHashMap() {
System.out.println("WeakHashMap GC之前");
for (Object o : wMap.entrySet()) {
System.out.println(o);
}
try {
System.gc();
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("WeakHashMap GC之后");
for (Object o : wMap.entrySet()) {
System.out.println(o);
}
}
public static void testHashMap() {
System.out.println("HashMap GC之前");
for (Object o : map.entrySet()) {
System.out.println(o);
}
try {
System.gc();
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("HashMap GC之后");
for (Object o : map.entrySet()) {
System.out.println(o);
}
}
}
结果：
String引用ref1，ref2，ref3，ref4 消失
WeakHashMap GC之前
obejct2=cacheObject2
obejct1=cacheObject1
WeakHashMap GC之后
HashMap GC之前
obejct4=cacheObject4
obejct3=cacheObject3
Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:51628', transport: 'socket'
HashMap GC之后
obejct4=cacheObject4
obejct3=cacheObject3
分析：
8 ***和回调
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GRjisxNE-1648379865828)(Pic/20210311075636628.png)]
3、内存泄露案例分析
案例代码
代码：
public class Stack {
private Object[] elements;
private int size = 0;
private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
public Stack() {
elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
}
public void push(Object e) { //入栈
ensureCapacity();
elements[size++] = e;
}
public Object pop() {
if (size == 0)
throw new EmptyStackException();
Object result = elements[--size];
elements[size] = null;
return result;
}
private void ensureCapacity() {
if (elements.length == size)
elements = Arrays.copyOf(elements, 2 * size + 1);
}
}
分析
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-vXDYDK34-1648379865829)(Pic/20210311093115910.png)]
解决办法
将代码中的pop()方法变成如下方法：
public Object pop() { //出栈
if (size == 0)
throw new EmptyStackException();
return elements[--size];
}
12.6 支持使用OQL语言查询对象信息
SELECT子句
FROM子句
WHERE子句
内置对象与方法
(Java Process Status)
显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程(查看虚拟机进程信息），可用于查询正在
运行的虚拟机进程
说明：对于本地虚拟机进程来说，进程的本地虚拟机ID与操作系统的进程ID是一致的，是唯一的。
-q:仅仅显示 LVMID(loca1 virtual machine id),即本地虚拟机唯一id。不显示主类的名称等
-l:输出应用程序主类的全类名或如果进程执行的是jar包，则输出ar完整路径
-m:输出虚拟机进程启动时传递给主类main()的参数
-v:列出虚拟机进程启动时的JVM参数。比如：-Xms20m -Xmx5m是启动程序指定的jvm参数。
说明：以上参数可以综合使用
补充:eperfdata
如果某Java进程关闭了默认开启的UserPerfData参数（即使用参数
-XX:-UsePerfdata),那么jps命令(以及下面介绍的jstat)将无法探知该Java进程。
12.7 JProfiler
基本概述
介绍
特点
主要功能
1 方法调用
对方法调用的分析可以帮助您了解应用程序正在做什么，并找到提高其性能的方法
2 内存分配
通过分析堆上对象、引用链和垃圾收集能帮您修复内存泄露问题，优化内存使用
3 线程和锁
JProfiler提供多种针对线程和锁的分析视图助您发现多线程问题
4 高级子系统
许多性能问题都发生在更高的语义级别上。例如，对于JDBC调用，您可能希望找出执行最慢的SQL语句。JProfiler支持对这些子系统进行集成分析
安装与配置
下载与安装
JProfiler中配置IDEA
1 IDE Integrations
2 选择合适的IDE版本
3 开始集成
4 正式集成
5 集成成功
IDEA集成JProfiler
一 安装JProfiler插件
方式1：在线安装
方式2、离线安装
首先下载插件：
准备离线安装：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-KTxnOn5p-1648379865830)(Pic/20210311154319291.png)]
正式离线安装：
注意：无论采用方式1还是方式2都需要重启IDEA
二 将JProfiler配置到IDEA中
具体使用
数据采集方式
instrumentation重构模式
Sampling抽样模式
推荐使用Sampling方式，足够用来分析OOM问题了
遥感监测 Telemetries
其中Telemetries就是遥感监测的意思
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-SPDl183n-1648379865830)(Pic/20210311154654952.png)]
内存视图 Live Memory
注意：
All Objects后面的Size大小是浅堆大小
Record Objects在判断内存泄露的时候使用，可以通过观察Telemetries中的Memory，如果里面出现垃圾回收之后的内存占用逐步提高，这就有可能出现内存泄露问题，所以可以使用Record Objects查看，但是该分析默认不开启，毕竟占用CPU性能太多
堆遍历 heap walker
如果通过内存视图 Live Memory已经分析出哪个类的对象不能进行垃圾回收，并且有可能导致内存溢出，如果想进一步分析，我们可以在该对象上点击右键，选择Show Selection In Heap Walker，如下图：
之后进行溯源，操作如下：
查看结果，并根据结果去看对应的图表：
以下是图表的展示情况：
cpu视图 cpu views
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-2kDKkkmZ-1648379865831)(Pic/20210311160520229.png)]
具体使用：
1 记录方法统计信息
2 方法统计
3 具体分析
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-5GftvjnM-1648379865832)(Pic/20210311160643863.png)]
线程视图 threads
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监视器&锁 Monitors&locks
案例分析
案例1
/**
* 功能演示测试
* @create 12:19
*/
public class JProfilerTest {
public static void main(String[] args) {
while (true){
ArrayList list = new ArrayList();
for (int i = 0; i < 500; i++) {
Data data = new Data();
list.add(data);
}
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Data{
private int size = 10;
private byte[] buffer = new byte[1024 * 1024];//1mb
private String info = "hello,atguigu";
}
案例2
例子：
public class MemoryLeak {
public static void main(String[] args) {
while (true) {
ArrayList beanList = new ArrayList();
for (int i = 0; i < 500; i++) {
Bean data = new Bean();
data.list.add(new byte[1024 * 10]);//10kb
beanList.add(data);
}
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Bean {
int size = 10;
String info = "hello,atguigu";
static ArrayList list = new ArrayList();
}
解释：
我们通过JProfiler来看一下，如下：
你可以看到内存一个劲的往上涨，但是就是没有下降的趋势，说明这肯定有问题，过不了多久就会出现OOM，我们来到Live memory中，先标记看一下到底是哪些对象在进行内存增长，等一小下看看会不会触发垃圾回收，如果不触发的话，我们自己来触发垃圾回收，之后观察哪些对象没有被回收掉，如下：
我上面点击了Mark Current，发现有些对象在持续增长，然后点击了一下Run GC，结果如下所示：
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可以看出byte[]没有被回收，说明它是有问题的，我们点击Show Selection In Heap Walker，如下：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-XNJD7DrK-1648379865834)(Pic/2021031116133188.png)]
然后看一下该对象被谁引用，如下：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-S60DYasl-1648379865834)(Pic/20210311161349416.png)]
结果如下：
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可以看出byte[]来自于Bean类是的list中，并且这个list是ArrayList类型的静态集合，所以找到了：static ArrayList list = new ArrayList();
发现list是静态的，这不妥，因为我们的目的是while结束之后Bean对象被回收，并且Bena对象中的所有字段都被回收，但是list是静态的，那就是类的，众所周知，类变量随类而生，随类而灭，因此每次我们往list中添加值，都是往同一个list中添加值，这会造成list不断增大，并且不能回收，所以最终会导致OOM
京公网安备 11010502036488号