jvm、jre、jdk之间的关系

java virtual machine java 虚拟机，
java runtime environment java运行环境，包括jvm和基础类库
java development kits java开发工具包 ，包括java运行环境和开发工具

内存结构

程序计数器

作用：记录下一条jvm指令的执行地址
特点：
线程私有
不会存在内存溢出问题

虚拟机栈（stack）

每个线程运行时所需要的内存，叫栈
栈由多个栈帧（frame）组成，栈帧指的是每次方法调用时所占用的内存
每个线程只能有一个活动栈帧，对应着正在执行的方法

线程运行所需要的内存空间
栈帧：方法运行所需要的内存空间
栈帧中包含参数、局部变量、返回值
先进后出
jstack pid 查询进程详情

常见异常：stackOverFlowError,outOfMemory

本地方法栈

调用本地方法时，即native方法所在的区域

堆

堆是java虚拟机管理内存最大的一块内存区域，因为堆存放的对象是线程共享的，所以多线程的时候也需要同步机制。
-Xmx（最大值）和-Xms（最小值）

方法区

jdk8中改为元空间
保存jvm加载过的的类的信息、包括常量、静态变量。在类加载的时候就保存在了这个区
存在垃圾回收：用户自定义类加载器加载的一些类，可能会被垃圾回收
具体包含：类型、字段元信息、方法、静态变量、对类加载器的引用、对class的引用

垃圾回收

如何判断对象可以回收

1.1 引用计数法：无法解决循环引用的场景
1.2 可达性分析法：GC roots对象
1.3 四种引用

  1. 强引用
    • 只有所有GC roots对象都不通过【强引用】引用该对象，该对象才能被垃圾回收
  2. 软引用（softReference）
    • 仅有【软引用】引用该对象时，在垃圾回收后，内存仍不足时会再次触发垃圾回收，回收软引用对象
    • 可以配合引用队列来释放引用自身
  3. 弱引用
    • 仅有【弱引用】引用该对象时，在垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收弱引用对象
    • 可以配合引用队列来释放弱引用自身
  4. 虚引用
    • 必须配合引用队列使用，主要配合ByteBuffer使用，被引用对象回收时，会将虚引用入队，由Reference Handler线程调用虚引用相关方法释放直接内存

  5. 终结器引用

    • 无需手动编码，但其内部配合引用队列使用，在垃圾回收时，终结器引用入队（被引用对象暂时没有被回收），再由Finalizer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

      垃圾回收算法

  6. 标记清除算法：先标记，再清除（记录回收内存起始地址），会产生内存碎片

  7. 标记整理算法：先标记，再整理，清除，不会产生内存碎片，但是整理过程比较费劲，速度慢，涉及到引用地址的修改
  8. 复制算法：先标记，后复制（该步骤就会清理掉内存碎步），再交换，效率高，但是会占用双倍的内存

    分代垃圾回收

    Minor GC：只对新生代进行垃圾回收
    Full GC:全部区域进行垃圾回收
  • 新生代
    • 伊甸园
    • 幸存区from
    • 幸存区to
  • 老年代

步骤：

  1. 对象首先会分配在伊甸园区域
  2. 新生代空间不足时，触发minor GC，伊甸园和from存活的对象使用copy复制到to中，存活的对象年龄加一，并且交换from to
  3. minor GC会引发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
  4. 当对象寿命超过阈值时，会晋升至老年代，最大阈值时15次，存储在对象头中（4bit）

  5. 当老年代空间不足，先进性minor GC,如果空间仍不足，那么触发full GC，也会stop the world，时间更长

    垃圾回收器

  6. 串行（SerialGC）

    • 单线程
    • 堆内存较小，适合个人电脑
  7. 吐量优先（ParallelGC）
    • 多线程
    • 堆内存较大，多核cpu，适合服务器
    • 让【单位时间】内stop the world的时间最短
  8. 响应时间优先（CMS）
    • 多线程
    • 堆内存较大，多核cpu，适合服务器
    • 尽可能让【单次】stop the world的时间最短
  9. G1

    类加载核字节码技术

类加载器

名称 加载哪的类
Bootstarao ClassLoader （启动类加载器） JAVA_HOME/jre/lib
Extension ClasssLoader （拓展类加载器） JAVA_HOME/jre/lib/ext
Application ClassLoader （应用程序类加载器） classpath
自定义类加载器

双亲委派模式
线程上下文类加载器

运行期优化

即时编译：在代码运行期间，通过识别热点代码，进行优化，将字节码翻译成机器码，
逃逸分析：判断变量是否存在逃逸，如果没有，就不创建该对象
方法内联：

内存模型JMM

定义了一套在多线程读写共享数据时（成员变量、数组），对数据的可见性、有序性、和原子性的规则和保障
synchronized：
既可以保证可见性，也可以保证原子性
volatile 易变性(避免从高速缓存中读取数据，强制从主存中读取；可以禁用指令重排)：
不能保证操作的原子性，比如i++；只适用于一个写，多个读

有序性的理解：
在单个线程内，在保证不影响执行结果的前提下，jvm可能调整命令的顺序，这种特性称之为【指令重排】

乐观锁和悲观锁
CAS 乐观锁，先使用，再检验，可以实现无锁并发
synchronized悲观锁，先锁住，再使用

原子操作类
java.util.concurrent

synchronized内部优化
线程之间无竞争，开启轻量级锁，如果有竞争，先自旋，如果还获取不了锁，就开启重量级锁
偏向锁：

reentrantlock

五大内存区域：