HotSpot 虚拟机详解

1、 Java对象创建过程：
（1）虚拟机遇到一条new指令时，首先检查这个指令的参数能否在常量池中定位到一个类的符号引用，并检查这个符号引用代表的类是否已经加载、连接和初始化。如果没有，就执行该类的加载过程。
（2）为该对象分配内存。
A、假设Java堆是规整的，所有用过的内存放在一边，空闲的内存放在另外一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器。那分配内存只是把指针向空闲空间那边挪动与对象大小相等的距离，这种分配称为“指针碰撞”。
B、假设Java堆不是规整的，用过的内存和空闲的内存相互交错，那就没办法进行“指针碰撞”。虚拟机通过维护一个列表，记录哪些内存块是可用的，在分配的时候找出一块足够大的空间分配给对象实例，并更新表上的记录。这种分配方式称为“空闲列表“。
C、使用哪种分配方式由Java堆是否规整决定。Java堆是否规整由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定。
D、分配对象保证线程安全的做法：虚拟机使用CAS失败重试的方式保证更新操作的原子性。（实际上还有另外一种方案：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，TLAB。哪个线程要分配内存，就在哪个线程的TLAB上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB时，才进行同步锁定。虚拟机是否使用TLAB，由-XX:+/-UseTLAB参数决定）
（3）虚拟机为分配的内存空间初始化为零值（默认值）
（4）虚拟机对对象进行必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到对象的元数据信息、对象的Hash码、对象的GC分代年龄等信息。这些信息存放在对象的对象头中。
（5） 执行方法，把对象按照程序员的意愿进行初始化。
2、 对象的定位访问的方式（通过引用如何去定位到堆上的具体对象的位置）：
（1）句柄：使用句柄的方式，Java堆中将会划分出一块内存作为作为句柄池，引用中存储的就是对象的句柄的地址。而句柄中包含了对象实例数据和对象类型数据的地址。

（2）直接指针：使用直接指针的方式，引用中存储的就是对象的地址。Java堆对象的布局必须必须考虑如何去访问对象类型数据。

（3）两种方式各有优点：A、使用句柄访问的好处是引用中存放的是稳定的句柄地址，当对象被移动（比如说垃圾回收时移动对象），只会改变句柄中实例数据指针，而引用本身不会被修改。B、使用直接指针，节省了一次指针定位的时间开销。
3、HotSpot的GC算法实现：
（1）HotSpot怎么快速找到GC Root？HotSpot使用一组称为OopMap的数据结构。在类加载完成的时候，HotSpot就把对象内什么偏移量上是什么类型的数据计算出来，在JIT编译过程中，也会在栈和寄存器中哪些位置是引用。这样子，在GC扫描的时候，就可以直接知道哪些是可达对象了。
（2）安全点：A、HotSpot只在特定的位置生成OopMap，这些位置称为安全点。B、程序执行过程中并非所有地方都可以停下来开始GC，只有在到达安全点是才可以暂停。C、安全点的选定基本上以“是否具有让程序长时间执行“的特征选定的。比如说方法调用、循环跳转、异常跳转等。具有这些功能的指令才会产生Safepoint。
（3）中断方式：
A、抢占式中断：在GC发生时，首先把所有线程中断，如果发现有线程不在安全
点上，就恢复线程，让它跑到安全点上。
B、主动式中断：GC需要中断线程时，不直接对线程操作，仅仅设置一个标志，各个线
程执行
时主动去轮询这个标志，当发现中断标记为真就自己中断挂起。轮询标记的地方和安全
点是重合的。
（5）安全区域：一段代码片段中，对象的引用关系不会发生变化，在这个区域中任何地方开始GC都是安全的。在线程进入安全区域时，它首先标志自己已经进入安全区域，在这段时间里，当JVM发起GC时，就不用管进入安全区域的线程了。在线程将要离开安全区域时，它检查系统是否完成了GC过程，如果完成了，它就继续前行。否则，它就必须等待直到收到可以离开安全区域的信号。
4、 GC时为什么要停顿所有Java线程？
因为GC先进行可达性分析。可达性分析是判断GC Root对象到其他对象是否可达，假如分析过程中对象的引用关系在不断变化，分析结果的准确性就无法得到保证。
5、 CMS收集器：
（1）一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。
（2）一般用于互联网站或者B/S系统的服务端
（3）基于标记-清除算法的实现，不过更为复杂，整个过程为4个步骤：
A、初始标记：标记GC Root能直接引用的对象 B、并发标记：利用多线程对每个GC Root对象进行tracing搜索，在堆中查找其下所有能关联到的对象。 C、重新标记：为了修正并发标记期间，用户程序继续运作而导致标志产生变动的那一部分对象的标记记录。
D、并发清除：利用多个线程对标记的对象进行清除
（4）由于耗时最长的并发标记和并发清除操作都是用户线程一起工作，所以总体来说，CMS的内存回收工作是和用户线程一起并发执行的。
（5）缺点：
A、对CPU资源占用比较多。可能因为占用一部分CPU资源导致应用程序响应变慢。 B、CMS无法处理浮动垃圾。在并发清除阶段，用户程序继续运行，可能产生新的内存垃圾，这一部分垃圾出现在标记过程之后，因此，CMS无法清除。这部分垃圾称为“浮动垃圾“ C、需要预留一部分内存，在垃圾回收时，给用户程序使用。 D、基于标记-清除算法，容易产生大量内存碎片，导致full GC（full GC进行内存碎片的整理）
6、 对象头部分的内存布局：HotSpot的对象头分为两部分，第一部分用于存储对象自身的运行时数据，比如哈希码、GC分代年龄等。另外一部分用于指向方法区对象类型数据的指针。
7、 偏向锁：偏向锁偏向于第一个获取它的线程，如果在接下来的执行过程，没有其他线程获取该锁，则持有偏向锁的线程永远不需要同步。（当一个线程获取偏向锁，它每次进入这个锁相关的同步块，虚拟机不在进行任何同步操作。当有另外一个线程尝试获取这个锁时，偏向模式宣告结束）