JVM篇1：[-结构综述-]

对 java 虚拟机的介绍文章多如牛毛，写本文目的在于梳理一下，也方便以后翻来看看。  
另外网上文章的图都挺丑的，本文90%的图都出于在下亲笔，如图有错误，请指出，定当立即更正  
本文主要介绍一下Java虚拟机的抽象结构以及一些基础的概念
复制代码

一、几个概念简介

1.JDK、JRE、JVM

有了JRE就能运行java程序，如果只是运行软件，装个JRE就行了。
我们一般说java8，java10都是指的JDK，是java开发者使用的 工具 集，是一个大的概念，下面是java8的JDK组成
复制代码

2.JDK、JRE、JVM的关系

JDK：Java 语言的软件开发工具包( Java Development Kit )

JRE： Java运行时环境( Java Runtime Environment )

JVM： Java虚拟机( Java Virtual Machine )

3.历史上的java虚拟机类型

虚拟机即：模拟计算机功能,并提供统一操作接口，从而实现代码在不同平台的一致性。

从本质上来看，JVM是一个抽象接口，它有很多实现(如下)，而这些实现也只是应用程序而已。

Java发展至今JVM也有过更新迭代，也有基于不同场景下使用的JVM。

Sun Classic VM 第一款商用Java 虚拟机，纯解释器方式执行java代码。（已退出历史舞台）
EXact VM 编译器解释器混合工作，很快被HotSpot VM取代（已退出历史舞台）
HotSpot VM 沿用至今
KVM 手机端----效率低（已退出历史舞台）
JRockit 专注服务端应用
J9 IBM公司
Microsoft JVM windows----平台专用（已退出历史舞台）
Taobao VM 淘宝根据HotSpot VM定制
Dalvik 安卓虚拟机，寄存器架构，执行.dex文件(.class-->.dex)
复制代码

4.Java虚拟机结构

二、Java虚拟机结构简述

1. .class 文件和 类加载器

1-1. .class 文件

如果对class感兴趣，可以详见 官方文档，对class文件介绍的非常细致 ，以后会写个专篇，这里不深入。

java第一天便知道javac命令能将.java生成.class文件，然后就上手IDE，基本也就与class文件无缘了

1-2.类加载器子系统

关于 类加载器子系统 这里展示也不深入，只要知道考它将java字节码文件载入JVM即可

详见： JVM篇2：[-加载器ClassLoader-]

2.运行时数据区

2-1. 程序计数器

当前线程私有,即每一个线程都有一个，通过改变它来选取下一条需要执行的字节码指令 
内存空间较小，JVM中唯一不会出现OutOfMemoryError情况
如果该线程正在执行一个本地方法，那么此时程序计数器的值是“undefined”
复制代码

2-2. Java虚拟机栈

调节参数：-Xss = 
---->[1.栈帧(StatckFrame)]-------------------------------------------
|--- 一个线程的每个方法在执行的同时，都会创建一个栈帧。  
|--- 栈帧中存储的有局部变量表、操作站、动态链接、方法出口等。  
|--- 当方法被调用时，栈帧入栈，当方法执行完成时，栈帧出栈。

---->[2.其他相关]-------------------------------------------
|--- 存取的速度快，仅次于寄存器
|--- 存储着方法的相关局部变量，包括各种基本数据类型，对象的引用，返回地址等。  
|--- 局部变量表的内存空间在编译器完成分配，运行期不能改变其大小

---->[3.异常相关]-------------------------------------------
栈溢出：    Java虚拟机会抛出StackOverflowError
内存溢出：  创建/动态扩展时没有足够的内存创建对应的Java虚拟机栈，抛出OutOfMemoryError异常
复制代码

2-3. Java虚拟机栈``本地方法栈

当前线程私有,本地方法栈支持Native方法调用
HotSpot VM将本地方法栈和Java虚拟机栈合二为一
异常情况：StackOverflowError和OutOfMemoryError
复制代码

关于线程私有和线程间共享，详见：Java内存模型(JMM--Java Memory Model)

2-4. 方法区

-XX:PermSize = 
-XX:MaxPermSize = 
---->[1.基本介绍]-------------------------------------------
当前线程共享区域：用于存储已经被虚拟机加载的[类信息]（即加载类时需要加载的信息，
包括版本、field、方法、接口等信息）、final常量、静态变量、编译器即时编译的代码等。  

---->[2.运行时常量池]-------------------------------------------
|---用于存储编译期就生成的字面常量、符号引用、翻译出来的直接引用  
|---存储在运行时产生的常量（比如String类的intern方法，作用是String维护了一个常量池，如果调用的字符“abc”已经在常量池中，则返回池中的字符串地址，否则，新建一个常量加入池中，并返回地址)

[符号引用]:编码是用字符串表示某个变量、接口的位置，直接引用就是根据符号引用翻译出来的地址，将在类链接阶段完成翻译 

---->[3.异常相关]-------------------------------------------
异常情况：OutOfMemoryError异常。 
复制代码

方法区、永久带和元空间简介

方法区(Method Area)：jvm规范里面的运行时数据区的一个组成部分(接口层面)
永久带(Perm)：jdk7及之前的版本含有,是方法区的具体实现。(实现层面)
元空间(Metaspace)：jdk8及之后的版本含有,是方法区的具体实现。(实现层面) # 元空间使用本地内存,不在JVM中

其实理解起来也不难:先定义和使用接口,再用具体实现完成工作。
复制代码

2-5. Java堆

Java 堆：存放对象
    |---新生代:存储新生的对象
        |--- Eden(E区):存放JVM中刚生成的Java对象
        |--- Survivor(S区)
            |--- FromSpace (S0)
            |--- ToSpace (S1)
    |---老年代:存储长期存活的对象
        |--- 年龄达标(新生代中GC下存活的次数)，可通过 -XX:MaxTenuringThreshold 指定
        |--- 超大对象,直接进入老年代 。 

非堆：存储程序运行时长期存活的对象，比如类的元数据、方法、常量、属性等。
复制代码

-XX:NewSize=        新生代大小
-XX:SurvivorRatio=  E区与两个S区的比值 默认 8:2
-XX:NewRatio=       新生代和老年代的比值  
-XX:MaxTenuringThreshold 进入老年代年龄阀值

-Xms 初始堆大小 : 默认是物理内存的1/64
-Xmx 最大堆大小 : 默认是物理内存的1/4
-XX:PermSize= 非堆内存初始值: 默认是物理内存的1/64
-XX:MaxPermSize= 最大非堆内存: 默认是物理内存的1/4
堆大小：新生代 + 老年代 + 持久代
复制代码

三、堆与垃圾回收机制

Minor GC ： 清理新生代
Full GC  ： 清理整个堆空间
复制代码

1：MinorGC

一般新创建对象进入E区，当E区内存用完后，触发MinorGC。
存活的对象最终进入SurvivorFrom
复制代码

2.Survivor的两个区域 From 和 To

1.当E区再度装满
2.触发MinorGC回收
3.存活的对象(包括From中)复制存放入To
4.To和From调换名称
复制代码

3.几个小问题:

[1].为什么要分新生代和老年代?
|--- 对象的生存状况不同,使用不同的回收算法，优化GC性能
|--- 在新生代对象可能被频繁创建或销毁(朝生夕死),老年代对象回收较少

[2].Survivor区存在的意义? 
提高对象进入老年代的门槛,减少FullGC 的次数(FullGC很耗时)

[3].S0和S1有什么作用?  
避免Survivor区空间的碎片化
复制代码

四、垃圾回收算法

垃圾对象的判定
    |---引用计数法
    |---可达性分析
回收算法
    |---标记清除
    |---复制
    |---标记整理
    |---分代收集
垃圾回收器：
    |---Serial
    |---Parnew
    |---CMS
    |---G1
复制代码

1.垃圾对象的判定

1-1.引用计数法

在对象中添加引用计数器，当该对象被引用时，引用计数器+1，引用失效时，计数器-1
对象循环引用会失效
复制代码

1-1.可达性分析

Java中GC Root包括 :

[1].虚拟机栈中的引用的对象。
[2].方法区中的类静态属性引用的对象。
[3].方法区中的常量引用的对象。
[4].本地方法栈（jni）即一般说的Native的引用对象。
复制代码

一个对象和GC Root之间没有链接，那么该对象可回收

比如 ObjC和ObjB 之间的连接断开,橙色区域的对象可回收

2.回收算法

2-1: 标记-清除(Mark-Sweep)

---->[方式]----------------------------------
[1].标记出所有需要存活的对象
[2].标记完成之后统一回收掉未被标记的对象。

---->[缺点]----------------------------------
[1].标记和清除效率都不高。
[2].会产生大量的不连续的内存碎片。
大量空间碎片的缺点:当程序需要为较大对象分配内存时,无法找到足够的连续内存而出发GC。
复制代码

2-2: 标记-整理(Mark-Compact)

---->[方式]----------------------------------
[1].标记出所有存活的对象
[2].让所有存活的对象都向一端移动,在移动过程中清理掉未标记的对象

---->[优劣]----------------------------------
优：不会产生大量不连续内存碎片问题
劣：要执行较多的复制操作，效率将会变低,不适合存活率高的情况
复制代码

2-3: 复制算法(Copy)

---->[方式]----------------------------------
[1].将可用内存按容量分成大小相等的两块，每次只使用其中一块。
[2].回收时,将内存中存活的对象复制到另一块内存,然后清理掉该内存空间

---->[优劣]----------------------------------
优：无空间碎片，实现简单，运行高效
劣：可使用的内存降为原来一半
复制代码

2-4：分代收集

这不是什么算法，而是根据不同的代来使用何时的算法

新生代:可回收对象较多，回收率大。
    |--- 复制算法，高效，无碎片，从E区到S区。
老年代:可回收对象少,回收率低。
    |--- 标记-整理算法,无碎片。
复制代码

3.垃圾回收器简介

---->[新生代回收器：minor GC]----------------------------
[1].Serial（串行GC）-复制
[2].ParNew（并行GC）-复制
[3].Parallel Scavenge（并行回收GC）-复制

---->[老年代回收器：full GC]----------------------------
[4].Serial Old（MSC）（串行GC）-标记-整理
[5].CMS（并发GC）-标记-清除
[6].Parallel Old（并行GC）--标记-整理

---->[G1独立完成]-------------------------------
[7].G1（JDK1.7+）
复制代码

好了，综述就到这里，具体详情可见接下来的各篇专题。