Java虚拟机

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一些概念

java基础篇

java虚拟机

java源文件—使用javac编译—编译生成*.class文件（字节码文件）—使用java解释执行—特定平台的机器码

JVM是一个可以执行Java字节码的虚拟机进程。

Java被设计成允许应用程序可以运行在任意的平台，而不需要程序员为每一个平台单独重写或者是重新编译。Java虚拟机让这个变为可能，因为它知道底层硬件平台的指令长度和其他特性。

JVM的内存结构：

  • 程序计数器：线程私有的，他是一块较小的内存空间，他相当字节码于解释器中的指针，也就是该内存存放下一条即将执行指令的地址。字节码解释器就是通过改变这个计数器的值来选择下一条即将执行的指令。每一个线程都有一个程序计数器（内存），这样线程切换的时候就能找到自己各个线程各自即将执行的下一条指令。所以说是线程私有的。
    注：如果正在执行的是Native方法，计数器值则为空。

  • Java虚拟机栈：线程私有的，每一个方法在执行的时候就会创建一个栈帧来存放方法的局部变量，操作数栈，返回地址等，当方法执行完成的时候就释放该栈帧。
    栈帧:虚拟机栈中是一栈帧为单位存储的，所以一个虚拟机栈中有很多栈帧，每一个栈帧中分为：局部变量区（存放方法的参数和局部变量），操作数栈，方法的返回地址，动态链接（一般解析解阶段是将部分符号引用转换成直接应用（类加载），而动态链接是另外一部分的符号引用转换成直接引用（运行时））。

  • Native方法栈：和虚拟机栈相似，只不过它服务于Native方法，线程私有。

  • Java堆：java内存最大的一块，所有对象实例、数组都存放在java堆，GC回收的地方，线程共享；
    线程共享，不过也可能为多个线程分配私有的buffer，也就是每个线程有自己的缓存器，java堆可以是物理上连续的，也可以是不连续的。java堆是垃圾回收器管理的主要区域，所以也叫gc堆。java堆可以分为：新生代和老年代。

  • 方法区：存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码数据等。（即永久带），回收目标主要是常量池的回收和类型的卸载，各线程共享。

如和判断一个对象是否存活?(或者GC对象的判定方法)

判断一个对象是否存活有两种方法:

  1. 引用计数法

所谓引用计数法就是给每一个对象设置一个引用计数器，每当有一个地方引用这个对象时，就将计数器加一，引用失效时，计数器就减一。当一个对象的引用计数器为零时，说明此对象没有被引用，也就是“死对象”,将会被垃圾回收.

引用计数法有一个缺陷就是无法解决循环引用问题，也就是说当对象A引用对象B，对象B又引用者对象A，那么此时A,B对象的引用计数器都不为零，也就造成无法完成垃圾回收，所以主流的虚拟机都没有采用这种算法。

2.可达性算法(引用链法)

该算法的思想是：从一个被称为GC Roots的对象开始向下搜索，如果一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则说明此对象不可用。

在java中可以作为GC Roots的对象有以下几种:

  • 虚拟机栈中引用的对象
  • 方法区类静态属性引用的对象
  • 方法区常量池引用的对象
  • 本地方法栈JNI引用的对象

虽然这些算法可以判定一个对象是否能被回收，但是当满足上述条件时，一个对象比不一定会被回收。当一个对象不可达GC Root时，这个对象并不会立马被回收，而是出于一个死缓的阶段，若要被真正的回收需要经历两次标记；

如果对象在可达性分析中没有与GC Root的引用链，那么此时就会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法或者已被虚拟机调用过，那么就认为是没必要的。

如果该对象有必要执行finalize()方法，那么这个对象将会放在一个称为F-Queue的对队列中，虚拟机会触发一个Finalize()线程去执行，此线程是低优先级的，并且虚拟机不会承诺一直等待它运行完，这是因为如果finalize()执行缓慢或者发生了死锁，那么就会造成F-Queue队列一直等待，造成了内存回收系统的崩溃。GC对处于F-Queue中的对象进行第二次被标记，这时，该对象将被移除”即将回收”集合，等待回收。

简述java垃圾回收机制?

在java中，程序员是不需要显示的去释放一个对象的内存的，而是由虚拟机自行执行。在JVM中，有一个垃圾回收线程，它是低优先级的，在正常情况下是不会执行的，只有在虚拟机空闲或者当前堆内存不足时，才会触发执行，扫面那些没有被任何引用的对象，并将它们添加到要回收的集合中，进行回收。

java中垃圾收集的方法有哪些?

1.标记-清除:

这是垃圾收集算法中最基础的，根据名字就可以知道，它的思想就是标记哪些要被回收的对象，然后统一回收。这种方法很简单，但是会有两个主要问题：1.效率不高，标记和清除的效率都很低；2.会产生大量不连续的内存碎片，导致以后程序在分配较大的对象时，由于没有充足的连续内存而提前触发一次GC动作。

2.复制算法:

为了解决效率问题，复制算法将可用内存按容量划分为相等的两部分，然后每次只使用其中的一块，当一块内存用完时，就将还存活的对象复制到第二块内存上，然后一次性清楚完第一块内存，再将第二块上的对象复制到第一块。但是这种方式，内存的代价太高，每次基本上都要浪费一般的内存。

于是将该算法进行了改进，内存区域不再是按照1：1去划分，而是将内存划分为8:1:1三部分，较大那份内存交Eden区，其余是两块较小的内存区叫Survior区。每次都会优先使用Eden区，若Eden区满，就将对象复制到第二块内存区上，然后清除Eden区，如果此时存活的对象太多，以至于Survivor不够时，会将这些对象通过分配担保机制复制到老年代中。(java堆又分为新生代和老年代)

3.标记-整理：

该算法主要是为了解决标记-清除，产生大量内存碎片的问题；当对象存活率较高时，也解决了复制算法的效率问题。它的不同之处就是在清除对象的时候现将可回收对象移动到一端，然后清除掉端边界以外的对象，这样就不会产生内存碎片了。

4.分代收集 ：

现在的虚拟机垃圾收集大多采用这种方式，它根据对象的生存周期，将堆分为新生代和老年代。在新生代中，由于对象生存期短，每次回收都会有大量对象死去，那么这时就采用复制算法。老年代里的对象存活率较高，没有额外的空间进行分配担保，所以可以使用标记-整理 或者 标记-清除。

java内存模型

java内存模型(JMM)是线程间通信的控制机制.JMM定义了主内存和线程之间抽象关系。线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。Java内存模型的抽象示意图如下：

从上图来看，线程A与线程B之间如要通信的话，必须要经历下面2个步骤：

  1. 首先，线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。
  2. 然后，线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。
    写的很好:http://www.infoq.com/cn/articles/java-memory-model-1

java类加载过程?

java类加载需要经历一下7个过程：

加载：

加载时类加载的第一个过程，在这个阶段，将完成一下三件事情：

  1. 通过一个类的全限定名获取该类的二进制流。
  2. 将该二进制流中的静态存储结构转化为方法去运行时数据结构。
  3. 在内存中生成该类的Class对象，作为该类的数据访问入口。

验证：

验证的目的是为了确保Class文件的字节流中的信息不回危害到虚拟机.在该阶段主要完成以下四钟验证:

  1. 文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件的规范，如主次版本号是否在当前虚拟机范围内，常量池中的常量是否有不被支持的类型.
  2. 元数据验证:对字节码描述的信息进行语义分析，如这个类是否有父类，是否集成了不被继承的类等。
  3. 字节码验证：是整个验证过程中最复杂的一个阶段，通过验证数据流和控制流的分析，确定程序语义是否正确，主要针对方法体的验证。如：方法中的类型转换是否正确，跳转指令是否正确等。
  4. 符号引用验证：这个动作在后面的解析过程中发生，主要是为了确保解析动作能正确执行。

准备：

准备阶段是为类的静态变量分配内存并将其初始化为默认值，这些内存都将在方法区中进行分配。准备阶段不分配类中的实例变量的内存，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。

1
public static int value=123;//在准备阶段value初始值为0 。在初始化阶段才会变为123 。12

解析：

该阶段主要完成符号引用到直接引用的转换动作。解析动作并不一定在初始化动作完成之前，也有可能在初始化之后。

初始化：

初始化时类加载的最后一步，前面的类加载过程，除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外，其余动作完全由虚拟机主导和控制。到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的Java程序代码。

简述java类加载机制?

虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验，解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的java类型。

类加载器双亲委派模型机制？

当一个类收到了类加载请求时，不会自己先去加载这个类，而是将其委派给父类，由父类去加载，如果此时父类不能加载，反馈给子类，由子类去完成类的加载。

什么是类加载器，类加载器有哪些?

实现通过类的权限定名获取该类的二进制字节流的代码块叫做类加载器。
主要有一下四种类加载器:

  1. 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)用来加载java核心类库，无法被java程序直接引用。
  2. 扩展类加载器(extensions class loader):它用来加载 Java 的扩展库。Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。
  3. 系统类加载器（system class loader）：它根据 Java 应用的类路径（CLASSPATH）来加载 Java 类。一般来说，Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。
  4. 用户自定义类加载器，通过继承 java.lang.ClassLoader类的方式实现。

简述java内存分配与回收策率以及Minor GC和Major GC

对象优先在堆的Eden区分配。
大对象直接进入老年代.
长期存活的对象将直接进入老年代.
当Eden区没有足够的空间进行分配时，虚拟机会执行一次Minor GC.Minor Gc通常发生在新生代的Eden区，在这个区的对象生存期短，往往发生Gc的频率较高，回收速度比较快;Full Gc/Major GC 发生在老年代，一般情况下，触发老年代GC的时候不会触发Minor GC,但是通过配置，可以在Full GC之前进行一次Minor GC这样可以加快老年代的回收速度。

Minor GC与Full GC分别在什么时候发生?

Minor GC发生：当jvm无法为新的对象分配空间的时候就会发生minor gc，所以分配对象的频率越高，也就越容易发生minor gc。

Full GC：发生GC有两种情况，①当老年代无法分配内存的时候，会导致MinorGC,②当发生Minor GC的时候可能触发Full GC，由于老年代要对年轻代进行担保，由于进行一次垃圾回收之前是无法确定有多少对象存活，因此老年代并不能清除自己要担保多少空间，因此采取采用动态估算的方法：也就是上一次回收发送时晋升到老年代的对象容量的平均值作为经验值，这样就会有一个问题，当发生一次Minor GC以后，存活的对象剧增（假设小对象），此时老年代并没有满，但是此时平均值增加了，会造成发生Full GC 。