第二章：Java内存区域与内存溢出异常
运行时数据区域
1、程序计数器 Program Counter Register
简述：可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。是一块内存较小的内存空间
存储：正在执行的虚拟机字节码指令的地址
作用：
- JVM通过改变这个计数器的值来选择下一条需要执行的字节码指令，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。
- Java虚拟机多线程是通过线程轮流切换、分配处理器执行时间的方式来实现的（也就是线程状态的切换），为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，为每个线程设定了程序计数器。
补充：
程序计数器由字节码执行引擎对其进行操作记录指令行号。
注意：
如果线程正在执行的是一个Java方法，计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址。
如果正在执行的是本地（Native）方法，计数器值则为空（Undefined）
计数器这块内存是唯一一个在《Java虚拟机规范》中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
2、Java虚拟机栈 VM Stack
简述：java虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型，每个方法被执行的时候，JVM都会创建一个栈帧（入栈），方法调用完毕后栈帧出栈
存储：栈帧（局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息）
| 局部变量表： 存储：编译期可知的各种Java虚拟机基本数据类型（八大）、对象引用（reference类型）、returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址） 注意：对象引用并不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置 |
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3、本地方法栈 Native Method Stack
简述：与VM stack作用相似，其区别只是为虚拟机使用到的本地（Native）方法服务。
4、Java堆 Heap
简述：是JVM管理内存中最大的一块，所有线程共享，在JVM启动时创建，唯一目的就是存放对象实例。
存储：对象实例
Java堆是垃圾收集器管理的内存区域。堆中可以划分出多个线程私有的分配缓冲区（TLAB），以提升对象分配时的效率。Java堆细分的目的只是为了更好地回收内存，或者更快地分配内存。
Java堆可以处于物理上不连续的内存空间，但是在逻辑上应该被视为连续的。但对于大对象（典型如数组对象），多数虚拟机实现出于简单、存储高效的考虑，很可能会要求连续的内存空间。
5、方法区 Method Area
存储：已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即使编译器编译后的代码缓存等数据。
注意：《Java虚拟机规范》中把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做“非堆”，目的是与Java堆区分开。
6、运行时常量池 Runtime Constant Pool
描述：是方法区的一部分
存储：字面量、符号引用、由符号引用翻译出的直接引用
Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池表（Constant Pool Table），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。
HotSpot虚拟机对象探秘
对象的创建
对象的内存布局
HotSpot虚拟机里，对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分：
- 对象头（Header）包含以下三种数据：
- 对象自身运行时数据（Mark Word），如hash码、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等。有着动态定义的数据机构。
- 类型指针：指向对象类型元数据的指针
- 如果对象是Java数组，还会有一块用来记录数组长度的数据。
- 示例数据（Instance Data）
- 是对象真正存储的有效信息。
- 对齐填充（Padding）
垃圾收集器
垃圾收集算法
GCRoot
Java 可以做GCRoots的对象
- 虚拟机栈(栈帧中的局部变量区,也叫做局部变量表
- 方法区中的类静态属性引用的对象。
- 方法区中常量引用的对象
- 本地方法栈中N( Native方法)引用的对象
三色标记（黑、灰、白）
查看JVM默认参数配置：-XX:+PrintCommandLineFlags -version
控制台输出： -XX:InitialHeapSize=265603904 -XX:MaxHeapSize=4249662464 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseParallelGC 👈默认垃圾收集器 java version “1.8.0_40” Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_40-b25) Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.40-b25, mixed mode)
部分参数预先说明
DefNew：Default New Generation<br /> Tenured：Old<br /> ParNew：Parallel New Generation<br /> PSYoungGen：Parallel Scavenge<br /> ParOldGen：Parallel Old Generation
新生代
串行GC（Serial）/（Serial Coping）
并行GC(ParNew)
并行回收GC(Parallel)/(Parallel Scavenge)
老年代
串行回收GC(Serial Old)/(Serial MSC)
并行GC(Parallel Old)/(Parallel MSC)
并发标记清除GC(CMS)
初始标记(CMS initial mark) ：标记GCROOT可直达对象，耗时短
并发标记(CMS concurrent mark)和用户线程一起：从第一步标记的对象出发，并发标记可达对象
重新标记(CMS remark)：修正并发标记时发送变化的对象及产生的对象，耗时短
并发清除(CMS concurrent sweep)和用户线程一起：并行的对无用的对象清除
优缺点
优
并发收集低停顿
缺
并发执行，对CPU资源压力大，在并发进行时会增加堆内存的占用，CMS必须在老年代内存用完前完成垃圾回收，否则CMS回收失败，将触发担保机制，串行老年代会以STW形式进行一次GC，从而造成较长停顿。
采用的标记清除算法会导致大量碎片，无法整理空间碎片，老年代会随着应用时长被耗尽，最后不得不通过担保机制对堆内存进行压缩。CMS提供了-XX:CMSFullGCsBeForeCompaction（默认0，即每次进行内存整理）来指定执行多少次CMS后进行一次压缩的Full GC
G1收集器
以前收集器特点
- 年轻代和老年代是各自独立且连续的内存块
- 年轻代收集使用单eden+S0 +S进行复制算法
- 老年代收集必须扫描整个老年代区域
- 都是以尽可能少而快速地执行GC为设计原则
G1是一种服务器端的垃圾收集器，应用在多处理器和大容量内存环境中，在实现高吞吐量的同时，尽可能满足垃圾收集器暂停时间的要求。另外：可以与应用线程并发执行。整理空闲空间更快。需要更多时间来预测GC停顿时间。不希望牺牲大量的吞吐性能。不需要更大的java heap。
G1收集器的设计目的是取代CMS收集器
G1特点：
- 充分利用多CPU、多核环境硬件的优势，尽量缩短了STW
- 整体使用标记整理，局部使用复制，不会产生内存碎片
- 把内存分为多个独立子区域（Region），宏观上不区分年轻代和老年代
- 采用不同的GC方式处理不同区域（不连续的某系Region构成年轻代和老年代）
- Region划分的区间（年轻/老年/大对象）是可以动态改变的
底层原理
Region区域化垃圾收集器
回收过程
四个步骤
常用配置参数(了解)
-XX:+UseG1GC
-XX:G1HeapRegionSize=n : 设置G1区域的大小。值是2的幂，范围是1M到32M。目标是根据最小的Java堆大小划分出约2048个区域
-XX:MaxGCPauseMillis=n : 最大停顿时间，这是个软目标，JVM将尽可能（但不保证）停顿时间小于这个时间
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n 堆占用了多少的时候就触发GC，默认是45
-XX:ConcGCThreads=n 并发GC使用的线程数
-XX:G1ReservePercent=n 设置作为空闲空间的预留内存百分比，以降低目标空间溢出的风险，默认值是10%
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