JVM內(nèi)存模型

1、線程私有的數(shù)據(jù)區(qū)

1)、程序計數(shù)器

　　我們知道，線程是CPU調(diào)度的基本單位。在多線程情況下，當(dāng)線程數(shù)超過CPU數(shù)量或CPU內(nèi)核數(shù)量時，線程之間就要根據(jù) 時間片輪詢搶奪CPU時間資源。也就是說，在任何一個確定的時刻，一個處理器都只會執(zhí)行一條線程中的指令。因此，為了線程切換后能夠恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要一個獨立的程序計數(shù)器去記錄其正在執(zhí)行的字節(jié)碼指令地址。

　　因此，程序計數(shù)器是線程私有的一塊較小的內(nèi)存空間，其可以看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。如果線程正在執(zhí)行的是一個 Java 方法，計數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的字節(jié)碼指令的地址；如果正在執(zhí)行的是 Native 方法，則計數(shù)器的值為空。

　　程序計數(shù)器是唯一一個沒有規(guī)定任何 OutOfMemoryError 的區(qū)域。

2)、虛擬機棧

虛擬機棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，是線程私有的。每個方法在執(zhí)行的時候都會創(chuàng)建一個棧幀，用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息，而且 每個方法從調(diào)用直至完成的過程，對應(yīng)一個棧幀在虛擬機棧中入棧到出棧的過程。其中，局部變量表主要存放一些基本類型的變量（int, short, long, byte, float, double, boolean, char）和 對象句柄，它們可以是方法參數(shù)，也可以是方法的局部變量。

　　虛擬機棧有兩種異常情況：StackOverflowError 和 OutOfMemoryError。我們知道，一個線程擁有一個自己的棧，這個棧的大小決定了方法調(diào)用的可達(dá)深度（遞歸多少層次，或嵌套調(diào)用多少層其他方法，-Xss 參數(shù)可以設(shè)置虛擬機棧大小），若線程請求的棧深度大于虛擬機允許的深度，則拋出 StackOverFlowError 異常。此外，棧的大小可以是固定的，也可以是動態(tài)擴(kuò)展的，若虛擬機棧可以動態(tài)擴(kuò)展（大多數(shù)虛擬機都可以），但擴(kuò)展時無法申請到足夠的內(nèi)存(比如沒有足夠的內(nèi)存為一個新創(chuàng)建的線程分配?？臻g時)，則拋出 OutofMemoryError 異常。

3)、本地方法棧

? 本地方法棧與Java虛擬機棧非常相似，也是線程私有的，區(qū)別是虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行 Java 方法服務(wù)，而本地方法棧為虛擬機執(zhí)行 Native 方法服務(wù)。與虛擬機棧一樣，本地方法棧區(qū)域也會拋出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 異常。

2、線程共享的數(shù)據(jù)區(qū)

1)、Java 堆

Java 堆的唯一目的就是存放對象實例，幾乎所有的對象實例（和數(shù)組）都在這里分配內(nèi)存。Java堆是線程共享的，類的對象從中分配空間，這些對象通過new、newarray、 anewarray 和 multianewarray 等指令建立，它們不需要程序代碼來顯式的釋放。

　　由于Java堆唯一目的就是用來存放對象實例，因此其也是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，故也稱為稱為 GC堆。從內(nèi)存回收的角度看，由于現(xiàn)在的垃圾收集器基本都采用分代收集算法，所以為了方便垃圾回收J(rèn)ava堆還可以分為 新生代 和 老年代 。新生代用于存放剛創(chuàng)建的對象以及年輕的對象，如果對象一直沒有被回收，生存得足夠長，對象就會被移入老年代。新生代又可進(jìn)一步細(xì)分為 eden、survivorSpace0 和 survivorSpace1。剛創(chuàng)建的對象都放入 eden，s0 和 s1 都至少經(jīng)過一次GC并幸存。如果幸存對象經(jīng)過一定時間仍存在，則進(jìn)入老年代。更多關(guān)于Java堆和分代收集算法的介紹，請移步我的博文《Java 垃圾回收機制概述》。下圖給出了Java堆的結(jié)構(gòu)圖：

注意，Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，只要邏輯上是連續(xù)的即可。而且，Java堆在實現(xiàn)時，既可以是固定大小的，也可以是可拓展的，并且主流虛擬機都是按可擴(kuò)展來實現(xiàn)的（通過-Xmx(最大堆容量) 和 -Xms(最小堆容量)控制）。如果在堆中沒有內(nèi)存完成實例分配，并且堆也無法再拓展時，將會拋出 OutOfMemoryError 異常。

2)、方法區(qū)

　方法區(qū)與Java堆一樣，也是線程共享的并且不需要連續(xù)的內(nèi)存，其用于存儲已被虛擬機加載的 類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。方法區(qū)通常和永久區(qū)(Perm)關(guān)聯(lián)在一起，但永久代與方法區(qū)不是一個概念，只是有的虛擬機用永久代來實現(xiàn)方法區(qū)，這樣就可以用永久代GC來管理方法區(qū)，省去專門內(nèi)存管理的工作。根據(jù)Java虛擬機規(guī)范的規(guī)定，當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配的需求時，將拋出 OutOfMemoryError 異常。

(1)、運行時常量池

　　運行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區(qū)的一部分，用于存放編譯期生成的各種 字面量 和 符號引用。其中，字面量比較接近Java語言層次的常量概念，如文本字符串、被聲明為final的常量值等；而符號引用則屬于編譯原理方面的概念，包括以下三類常量：類和接口的全限定名、字段的名稱和描述符 和 方法的名稱和描述符。因為運行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區(qū)的一部分，那么當(dāng)常量池?zé)o法再申請到內(nèi)存時也會拋出 OutOfMemoryError 異常。

　　運行時常量池相對于Class文件常量池的一個重要特征是具備動態(tài)性。Java語言并不要求常量一定只有編譯期才能產(chǎn)生，運行期間也可能將新的常量放入池中，比如字符串的手動入池方法intern()。

3)、Java堆 與 方法區(qū)的區(qū)別

　　Java堆是 Java代碼可及的內(nèi)存，是留給開發(fā)人員使用的；而非堆（Non-Heap）是JVM留給自己用的，所以方法區(qū)、JVM內(nèi)部處理或優(yōu)化所需的內(nèi)存 (如JIT編譯后的代碼緩存)、每個類結(jié)構(gòu) (如運行時常量池、字段和方法數(shù)據(jù))以及方法和構(gòu)造方法的代碼都在非堆內(nèi)存中。

說一下 JVM 有哪些垃圾回收器？

Serial：最早的單線程串行垃圾回收器。
Serial Old：Serial 垃圾回收器的老年版本，同樣也是單線程的，可以作為 CMS 垃圾回收器的備選預(yù)案。
ParNew：是 Serial 的多線程版本。
Parallel 和 ParNew 收集器類似是多線程的，但 Parallel 是吞吐量優(yōu)先的收集器，可以犧牲等待時間換取系統(tǒng)的吞吐量。
Parallel Old 是 Parallel 老生代版本，Parallel 使用的是復(fù)制的內(nèi)存回收算法，Parallel Old 使用的是標(biāo)記-整理的內(nèi)存回收算法。
CMS：一種以獲得最短停頓時間為目標(biāo)的收集器，非常適用 B/S 系統(tǒng)。
G1：一種兼顧吞吐量和停頓時間的 GC 實現(xiàn)，是 JDK 9 以后的默認(rèn) GC 選項。

詳細(xì)介紹一下 CMS 垃圾回收器？

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CMS 是英文 Concurrent Mark-Sweep 的簡稱，是以犧牲吞吐量為代價來獲得最短回收停頓時間的垃圾回收器。對于要求服務(wù)器響應(yīng)速度的應(yīng)用上，這種垃圾回收器非常適合。在啟動 JVM 的參數(shù)加上“-XX:+UseConcMarkSweepGC”來指定使用 CMS 垃圾回收器。
CMS 使用的是標(biāo)記-清除的算法實現(xiàn)的，所以在 gc 的時候回產(chǎn)生大量的內(nèi)存碎片，當(dāng)剩余內(nèi)存不能滿足程序運行要求時，系統(tǒng)將會出現(xiàn) Concurrent Mode Failure，臨時 CMS 會采用 Serial Old 回收器進(jìn)行垃圾清除，此時的性能將會被降低。

新生代垃圾回收器和老生代垃圾回收器都有哪些？有什么區(qū)別？

新生代回收器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge
老年代回收器：Serial Old、Parallel Old、CMS
整堆回收器：G1新生代垃圾回收器一般采用的是復(fù)制算法，復(fù)制算法的優(yōu)點是效率高，缺點是內(nèi)存利用率低；老年代回收器一般采用的是標(biāo)記-整理的算法進(jìn)行垃圾回收。

簡述分代垃圾回收器是怎么工作的？

分代回收器有兩個分區(qū)：老生代和新生代，新生代默認(rèn)的空間占比總空間的 1/3，老生代的默認(rèn)占比是 2/3。
新生代使用的是復(fù)制算法，新生代里有 3 個分區(qū)：Eden、To Survivor、From Survivor，它們的默認(rèn)占比是 8:1:1，它的執(zhí)行流程如下：
把 Eden + From Survivor 存活的對象放入 To Survivor 區(qū)；
清空 Eden 和 From Survivor 分區(qū)；
From Survivor 和 To Survivor 分區(qū)交換，From Survivor 變 To Survivor，To Survivor 變 From Survivor。
每次在 From Survivor 到 To Survivor 移動時都存活的對象，年齡就 +1，當(dāng)年齡到達(dá) 15（默認(rèn)配置是 15）時，升級為老生代。大對象也會直接進(jìn)入老生代。
老生代當(dāng)空間占用到達(dá)某個值之后就會觸發(fā)全局垃圾收回，一般使用標(biāo)記整理的執(zhí)行算法。以上這些循環(huán)往復(fù)就構(gòu)成了整個分代垃圾回收的整體執(zhí)行流程。

說一下 JVM 調(diào)優(yōu)的工具？

JDK 自帶了很多監(jiān)控工具，都位于 JDK 的 bin 目錄下，其中最常用的是 jconsole 和 jvisualvm 這兩款視圖監(jiān)控工具。
jconsole：用于對 JVM 中的內(nèi)存、線程和類等進(jìn)行監(jiān)控；
jvisualvm：JDK 自帶的全能分析工具，可以分析：內(nèi)存快照、線程快照、程序死鎖、監(jiān)控內(nèi)存的變化、gc 變化等。

常用的 JVM 調(diào)優(yōu)的參數(shù)都有哪些？

-Xms2g：初始化推大小為 2g；
-Xmx2g：堆最大內(nèi)存為 2g；
-XX:NewRatio=4：設(shè)置年輕的和老年代的內(nèi)存比例為 1:4；
-XX:SurvivorRatio=8：設(shè)置新生代 Eden 和 Survivor 比例為 8:2；
–XX:+UseParNewGC：指定使用 ParNew + Serial Old 垃圾回收器組合；
-XX:+UseParallelOldGC：指定使用 ParNew + ParNew Old 垃圾回收器組合；
-XX:+UseConcMarkSweepGC：指定使用 CMS + Serial Old 垃圾回收器組合；
-XX:+PrintGC：開啟打印 gc 信息；
-XX:+PrintGCDetails：打印 gc 詳細(xì)信息。