JVM 组成

JNI：Java Native Interface（本地方法） 用于将 Java 与本地已编译语言交互，可能会丧失平台可移植性，但有其使用场景：沿用旧库、提高性能等。 声明一个 JNI 的方法如下：

public class JNI {
    // native 关键字修饰
    public native void callNative();
    //载入本地库
    static {
        System.loadLibrary("libName");
    }
    public static void main(String[] args) {
        // 直接调用 JNI 提供的方法
        new JNI().callNative();
    }
}

线程私有

• 程序计数器：存储线程执行的字节码行号，不存在 OOM；
• 栈：在栈帧中存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口，为 Java 方法服务；

• 本地方法区：也是个栈，为 Native 方法服务。

  线程共享

• 堆：创建的对象、产生的数据都在堆中，是垃圾回收器主要的内存区域；

• 方法区：存储常量、静态变量、类信息、JIT 产生的机器码、运行时常量池。

  JVM 类加载

  类加载阶段

  • 符号引用：以一组符号来描述所引用的目标，引用的目标不一定被加载到内存，因此与 JVM 内存布局无关，在 class 文件中以 CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info 等类型的常量出现（代码层面的引用）；

  • 直接引用：指向目标的指针，是被加载到内存的引用，因此与 JVM 内存布局有关（内存层面的引用）。

  • client 方法：编译器根据类中被 static 修饰的赋值和语句块生成的方法，若不存在 static 则不生成。

• 加载 Loading：JVM 读取 class 文件到方法区内，并在堆中创建 java.lang.Class 对象；

• 验证 Verification：确保 class 文件符合 JVM 要求；
• 准备 Preparation：在方法区中分配内存空间与被 final 修饰的变量初始值；
• 解析 Resolution：将常量池中的符号引用替换为直接引用；
• 初始化 Initialization：运行 client 方法（先执行父类的 client 方法成功后才会执行子类的 client 方法），以下几种情况不执行该流程：
  • 被 final 修饰的直接进入常量池，不会触发该类的初始化；
  • 子类只使用父类被 static 修饰的字段时不触发子类初始化；
  • 定义对象数组不触发初始化；
  • 使用类名获取 Class 对象时不触发初始化；
  • 使用 Class.加载特定类时，使用 initialize 参数设置是否需要对该类初始化；
  • 使用 ClassLoader 默认的 loadClass 方法加载类时，不触发初始化。
• 使用 Using
• 卸载 Unloading：类不再被需要时从 JVM 中卸载。

  类加载的双亲委派机制

  在类加载阶段使用双亲委派机制，保障类的唯一性和安全性：将类加载请求向上委派给父加载器完成。
  需要注意的是，加载器的父与子关系不是类的“继承”关系，而是父加载器作为子加载器类内变量的方式组合而成。
  

  双亲委派机制如何破坏？

  自定义一个类加载器，重写它的 loadClass 方法，在其中不涉及 parent 即可。

  除了 loadClass 之外还有其他几个方法：

  • findClass：根据名称/位置加载 .class 字节码。
  • defineClass：字节码转化为 Class。

为什么需要双亲委派机制？

类加载器之间有层次关系（优先级），使用双亲委派机制有以下好处：

• 避免类的重复加载：父加载器加载过一个类之后，子加载器不需要重新加载这个类。
• 保证安全性：Bootstrap ClassLoader 只加载 JAVA_HOME 中的类，不会被随意替换，保证 JDK 中核心 API 的安全。

  JVM 内存

  JVM 内存分区

  GC：Garbage Collection，垃圾回收。

• 新生代：JVM 新创建的对象（大对象除外，直接进入老年代），GC 算法为 MinorGC；
  • Eden 区：新创建的对象；
  • SurvivorFrom 区：上一次 GC 幸存的对象。
  • SurvivorTo 区：保留 GC 幸存的对象。
• 老年代：存放长生命周期对象和大对象，Survivor 中存活轮次（年龄）达到阈值后进入该区，GC 算法为 MajorGC；

• 永久代：存放 Class 和元数据 Meta 信息，无 GC 流程，JDK 8 后被元数据区取代（元数据区使用 OS 的内存，不受 JVM 限制）

  垃圾回收相关

  垃圾确定算法

  引用计数法

  存在对象的引用，引用计数 +1；删除引用，引用计数 -1；引用计数为 0 时判断为垃圾。
  存在循环引用的问题：A 中有 B，B 中有 A 的情况。

  可达性分析

  定义一些 GC Roots，通过它到对象是否存在可达路径，不可达则判断为垃圾。
  常用 GC Root：

• 栈中的引用；

• JNI 的引用；
• 方法区的静态变量；
• 常量对象；

• 被 synchronized 修饰的对象。

  垃圾回收算法

  标记清除算法

• 流程：标记阶段标记需要被回收的对象；清除阶段进行回收与内存释放。

• 缺点：容易产生内存碎片。

  复制算法

• 流程：划分两个区域，新生成的对象在区域 A；A 中对象满了则进行标记并全部复制到区域 B，再将 A 清空。

• 缺点：只能使用一半内存；复制过程影响效率。

  标记整理算法

• 流程：标记阶段标记需要被回收的对象；整理阶段将存活对象移到内存的一端后清除另一端对象并释放内存。

• 缺点：针对不同类型对象（生命周期长短、对象大小）无法统一高效。

  分代收集算法

• 流程：

将内存分为新生代、老年代：新生代存新生成的对象，生命周期短且回收数量多；老年代存大对象，生命周期长数量少；
新生代采用复制算法，将内存分为了 Eden 区、SurvivorFrom 区和 SurvivorTo 区，回收过程将 Eden 和 SurvivorFrom 中存活的对象复制到 SurvivorTo 后清空这两个区；
老年代采用标记清除算法。

垃圾收集器

引用类型

强引用

将对象赋给一个引用变量时即为强引用，有引用存在就不会被回收，是内存泄漏的主要原因。

软引用

SoftReference 类实现，在系统内存不足时被回收。

弱引用

WeakReference 类实现，在 GC 过程中一定被回收。

虚引用

PhantomReference 类实现，用于跟踪对象的垃圾回收状态。

引用类型引发的问题

ThreadLocal 内存泄漏问题：ThreadLocalMap的 key 为弱引用（发生 GC 会被回收），value 为强引用（GC 过程不会被回收），有可能造成 key 被 GC，value 没被 GC，ThreadLocalMap 中出现 key 为 null 的 Entry，产生内存泄漏。
解决方式：调用 set、get 和 remove 方法时，会清理掉 key 为 null 的记录，使用 ThreadLocal 的方法后手动使用 remove 方法。

JVM 调优参数