1. 什么是JVM

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我們都知道在 Windows 系統(tǒng)上一個(gè)軟件包裝包是 exe 后綴的，而這個(gè)軟件包在蘋果的 Mac OSX 系統(tǒng)上是無(wú)法安裝的。類似地，Mac OSX 系統(tǒng)上軟件安裝包則是 dmg 后綴，同樣無(wú)法在 Windows 系統(tǒng)上安裝。

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Java 代碼為什么可以在 Windows 系統(tǒng)運(yùn)行，也可以在 Linux 系統(tǒng)運(yùn)行？這就是 jvm 的功勞， Java 虛擬機(jī)可以理解為一個(gè)翻譯官，在 Linux 系統(tǒng)上將 Java 代碼翻譯成 Linux 機(jī)器碼，在 Windows 系統(tǒng)上將 Java 代碼翻譯成 Windows 機(jī)器碼，所以 Java 有了虛擬機(jī)之后，可以讓 Java 代碼運(yùn)行在不同的系統(tǒng)上。

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2. JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)（運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)）

運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)是官方說法，但很多時(shí)候這個(gè)名詞并不是很形象，再加上日積月累的習(xí)慣，很多人都習(xí)慣用 JVM 內(nèi)存結(jié)構(gòu)這個(gè)說法

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JVM 內(nèi)存結(jié)構(gòu)（運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)）主要包括：堆、棧（虛擬機(jī)棧）、本地方法棧、方法區(qū)、程序計(jì)數(shù)器等。

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線程公有：堆、方法區(qū)

線程私有：棧、本地方法棧、程序計(jì)數(shù)器

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2.1 堆（公有）

堆內(nèi)存被所有線程共享。堆內(nèi)存用于存放由 new 創(chuàng)建的對(duì)象和數(shù)組。

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Java堆分為年輕代（Young Generation）和老年代（Old Generation）；年輕代又分為樂園（Eden）和幸存區(qū)（Survivor區(qū)）；幸存區(qū)又分為 From 區(qū)（From Survivor 區(qū)）和 To 區(qū)（To Survivor 區(qū)）。

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而 JVM 垃圾回收機(jī)制主要收集堆中年輕代和老年代對(duì)象所占用的內(nèi)存空間。

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為什么默認(rèn)的虛擬機(jī)配置，Eden：from ：to = 8:1:1 ?

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這是經(jīng)過大量統(tǒng)計(jì)得出的結(jié)果發(fā)現(xiàn) 80% 的對(duì)象存活時(shí)間都很短，于是將 Eden 區(qū)設(shè)置為年輕代的 80%，這樣可以減少內(nèi)存空間的浪費(fèi)，提高內(nèi)存空間利用率。

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年輕代中的 Minor GC

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1、絕大多數(shù)剛剛被創(chuàng)建的對(duì)象會(huì)存放在樂園（Eden）。

2、在樂園內(nèi)存滿時(shí)，執(zhí)行第一次GC（Minor GC）之后，存活的對(duì)象被移動(dòng)到其中一個(gè)幸存區(qū)（Survivor）。

3、此后，每次樂園執(zhí)行GC后，存活的對(duì)象會(huì)被堆積在同一個(gè)幸存區(qū)。

4、當(dāng)一個(gè)幸存區(qū)飽和，還在存活的對(duì)象會(huì)被移動(dòng)到另一個(gè)幸存區(qū)。然后會(huì)清空已經(jīng)飽和的那個(gè)幸存區(qū)。

5、在以上步驟中重復(fù)N次（N = MaxTenuringThreshold（年齡閥值設(shè)定，默認(rèn)15））依然存活的對(duì)象，就會(huì)被移動(dòng)到老年代。

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從上面的步驟可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)幸存者空間，必須有一個(gè)是保持空的。

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需要重點(diǎn)記住的是，對(duì)象在剛剛被創(chuàng)建之后，是保存在樂園的（Eden）。那些長(zhǎng)期存活的對(duì)象會(huì)經(jīng)由幸存區(qū)（Survivor）轉(zhuǎn)存到老年代（Old generation）。

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也有例外出現(xiàn)，對(duì)于一些比較大的對(duì)象（需要分配一塊比較大的連續(xù)內(nèi)存空間）則直接進(jìn)入到老年代（內(nèi)存分配擔(dān)保機(jī)制）。

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注意：當(dāng)年輕代滿時(shí)就會(huì)觸發(fā)Minor GC，這里的年輕代滿指的是Eden滿，Survivor滿不會(huì)引發(fā)Minor GC。由于年輕代中的對(duì)象存活時(shí)間比較短，Minor GC比較頻繁，GC 速度也很快。

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老年代中的 Full GC

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老年代空間的構(gòu)成很簡(jiǎn)單，它不像新生代空間那樣劃分為幾個(gè)區(qū)域，它只有一個(gè)區(qū)域，里面存儲(chǔ)的對(duì)象并不像新生代一樣存活時(shí)間很短。這里的對(duì)象幾乎都是從Survivor 區(qū)中熬過來的，它們絕不會(huì)輕易的被回收掉。

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注意：Full GC 是清理整個(gè)堆空間，包括年輕代和老年代，如果Full GC之后，堆中仍然無(wú)法存儲(chǔ)對(duì)象，就會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。由于老年代內(nèi)存不會(huì)輕易的被回收掉，因此 Full GC 發(fā)生的次數(shù)不會(huì)有 Minor GC 那么頻繁。但是老年代內(nèi)存大，做一次 Full GC 的時(shí)間比 Minor GC 要更長(zhǎng)（約10倍）。

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2.2 方法區(qū)（公有）

方法區(qū)被所有線程共享。方法區(qū)用于存放靜態(tài)變量、常量、類信息（版本、方法、字段等）、常量池?？梢钥醋鍪菍㈩?#xff08;Class）的元數(shù)據(jù)，保存在方法區(qū)里。

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Integer常量池

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都知道數(shù)據(jù)類型 == 比較的是內(nèi)存地址，先看個(gè)下邊的例子。

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public static void main(String[] args)

{

? ? Integer i1 = 66;

? ? Integer i2 = 66;

? ? Integer i3 = 150;

? ? Integer i4 = 150;

? ? System.out.println(i1 == i2);//true

? ? System.out.println(i3 == i4);//false

}

i1 == i2 結(jié)果為 true，i3 == i4 結(jié)果為 false。由結(jié)果得知 i1 和 i2 的內(nèi)存地址是相同的，而 i3 和 i4 內(nèi)存地址是不同的。

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產(chǎn)生這樣結(jié)果的原因是 Integer i1 = 66 實(shí)際上有一步裝箱的操作，通過 Integer 的 valueOf 方法將 int 型的 66 裝箱成 Integer。下邊是 Integer 中的 valudOf 方法。

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public static Integer valueOf(int i) {

? ? if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)

? ? ? ? return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];

? ? return new Integer(i);

}

Integer 的 valueOf 方法很簡(jiǎn)單，它判斷變量是否在 IntegerCache 的最小值（-128）和最大值（127）之間，如果在，則返回常量池中的內(nèi)容，否則 new 一個(gè) Integer 對(duì)象。

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由于 66 在 -128 ~ 127 之間，所以 66 裝箱時(shí)，使用的是常量池中的 66，所以 == 結(jié)果為 true。

而 150 不在范圍內(nèi)，在裝箱時(shí)執(zhí)行了 new Integer(150)，所以返回的是新創(chuàng)建的對(duì)象，所以 == 結(jié)果為 false。

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String常量池

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String 是由 final 修飾的類，是不可以被繼承的。通常有兩種方式來創(chuàng)建對(duì)象。

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// 1

String str = new String("abc");

// 2

String str = abc;

第一種：使用 new 創(chuàng)建的對(duì)象，存放在堆中，每次 new 出來的內(nèi)存地址都不同。

第二種：先在常量池中找有沒有 “abc”。有，則直接取常量池內(nèi)存地址賦值給 str。沒有，先在常量池創(chuàng)建“abc”，再取內(nèi)存地址賦值給 str。

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通過代碼驗(yàn)證上面理論。

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public static void main(String[] args) {

? ? String s1 = new String("abc");

? ? String s2 = new String("abc");

? ? String s3 = "abc";

? ? String s4 = "abc";

? ? System.out.println(s1 == s2);// false

? ? System.out.println(s3 == s4);// true

}

s1 == s2 為 false 原因：str1 和 str2 使用 new 創(chuàng)建對(duì)象，分別在堆上創(chuàng)建了不同的對(duì)象。兩個(gè)引用指向堆中兩個(gè)不同的對(duì)象，所以為 false。

s3 == s4 為 true 原因：首先在棧上存放變量引用 s3，然后去常量池中找是否有 abc，沒有，則將 abc 存儲(chǔ)在常量池中，然后將 s3 指向常量池的 abc。當(dāng) s4 = "abc" 時(shí)，去常量池中發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有 abc 了，就將 s4 引用指向常量池已有的 abc 。所以s3 == s4，指向同一個(gè)內(nèi)存地址。

String 類中有一個(gè)方法 intern，可以返回池中的字符串，如下代碼

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public static void main(String[] args) {

? ? String s1 = new String("abc");

? ? String s2 = "abc";

? ? System.out.println(s1 == s2);// false

? ? System.out.println(s1.intern() == s2);// true

}

上邊的結(jié)果可以看下 intern() 方法注釋就知道結(jié)果。當(dāng)調(diào)用 intern 方法時(shí)，如果常量池中已經(jīng)該字符串，則返回池中的字符串；否則將此字符串添加到常量池中，并返回字符串的引用。

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2.3 棧（私有）

棧是后進(jìn)先出的。棧是線程私有的，他的生命周期與線程相同。每個(gè)線程都會(huì)分配一個(gè)棧的空間，一個(gè)線程會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)棧。

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棧存儲(chǔ)什么

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棧中存儲(chǔ)的是棧幀。每個(gè)方法在執(zhí)行時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀。棧幀中存儲(chǔ)了局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)連接和方法出口等信息。每個(gè)方法從調(diào)用到運(yùn)行結(jié)束的過程，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在棧中壓棧到出棧的過程?？梢岳斫鉃闂褪蔷€程所執(zhí)行的方法。

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使用遞歸時(shí)，會(huì)導(dǎo)致 StackOverflowError 錯(cuò)誤，就是因?yàn)椴粩嗟脑跅Ｖ袆?chuàng)建棧幀，當(dāng)棧幀的數(shù)量超過了棧的大小時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致報(bào)錯(cuò)。

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2.4 本地方法棧（私有）

本地方法棧是線程私有的，主要為 JVM 使用到的 Native 方法服務(wù)。Native 方法不是以 Java 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的，而是以本地語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的（比如 C 或 C++）。

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可以理解為 Native 方法是與操作系統(tǒng)直接交互的，比如通知垃圾收集器進(jìn)行垃圾回收的代碼 System.gc()，獲取常量池中的字符串引用 String.intern()，都是使用 native 修飾的。

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2.5 程序計(jì)數(shù)器（私有）

程序計(jì)數(shù)器是一個(gè)比較小的內(nèi)存區(qū)域，可能是CPU寄存器或者操作系統(tǒng)內(nèi)存，其主要用于指示當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼執(zhí)行到了第幾行，可以理解為是當(dāng)前線程的行號(hào)指示器。

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字節(jié)碼解釋器在工作時(shí)，會(huì)通過改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來取下一條語(yǔ)句指令。 每個(gè)程序計(jì)數(shù)器只用來記錄一個(gè)線程的行號(hào)，所以它是線程私有（一個(gè)線程就有一個(gè)程序計(jì)數(shù)器）的。