JVM基础快速入门篇

Java是一门可以跨平台的语言，但是Java本身是不可以实现跨平台的，需要JVM实现跨平台。javac编译好后的class文件，在Windows、Linux、Mac等系统上，只要该系统安装对应的Java虚拟机，class文件都可以运行。达到”一次编译，到处运行”的效果。

一、JVM是什么？

而JVM到底是什么呢？引用百度百科对JVM的介绍：

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。

二、JVM架构知识

1.JVM主要包含类装载器、运行时数据区（内存模型）、执行引擎。里面内存模型有可以细分包括本地方法栈、堆、栈（线程）、方法区（元空间）、程序计数器。如图所示：

1.类装载器的作用就是负责加载class文件，class文件在文件开头有特定的文件标示，将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些内容转换成方法区中的运行时数据结构并且ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由执行引擎（Execution Engine）决定。类加载器又有四大类加载器：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）:负责加载JRE核心类库，像JRE中的rt.jar等（C/C++）；
扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载JRE扩展目录ext中的jar包；
系统类加载器（Application ClassLoader）：负责加载ClassPath路径下的类包；
自定义的类加载器（User ClassLoader）：只加载指定目录下的jar和class，想加载其它位置的类或jar时得自行定义类加载器；

2.JVM中，对象都是在堆中分配内存空间的，栈只用于保存局部变量和临时变量，如果是对象，只保存引用，实际内存还是在堆中。栈的特点是先进后出，假设一个main方法，里面执行了一个方法，我们是后执行的那个方法即那个线程，但是执行完毕后，那个线程是先销毁的。每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表（存放局部变量的）、操作数栈（存放需要运算的数据）、动态链接、方法出口（执行完方法回到main方法的位置）等信息，每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机中入栈到出栈的过程。即一个方法对应一块栈帧内存区域（存放本方法的局部变量）。

3.方法区存储已被虚拟机加载的类信息、常量（堆中的对象常量地址）、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

4.本地方法栈和栈的作用类似，但是它服务的对象是native方法，该方法得由c语言来实现。

5.程序计数器作用是当CPU多线程切换的时候，切回到当前线程的时候，回到程序计数器计数的位置，继续执行。

三、堆内存的结构模型

新生代包括Eden加上2个survivor区，执行minor gc之后，大多数的对象会被回收，活着的进入s0，再次minor gc，活着的对象eden+s0->s1，再次minor gc，eden+s1->s0…这里虚拟机采取了分代收集的思想来管理内存，JVM给每个对象一个对象年龄计数器，分代年龄达到15后即对象被执行了15次minor gc后移入老年代。除此之外，s区装不下的大对象也会直接进入老年代。

最后，老年代存的就是一些大对象和需要连续内存空间的对象（静态变量、缓存、线程池等），老年代满了的话，会执行Full GC垃圾收集。官网对Full GC的解释中介绍了个词”Stop-The-World”，它会把所有的应用线程停掉，这时候系统会卡掉。JVM虚拟机调优的目标就是减少full gc即减少STW。

四、垃圾回收机制

堆里面存放new的对象和数组，Java优于其他语言一个很重要的原因就是它能自动处理垃圾对象，也就是有垃圾回收机制（GC）。有了垃圾回收机制有几点好处编程简单，系统不容易出错。

1.什么是垃圾？

我们把没有任何引用指向的对象或者一堆对象（循环引用）定义为垃圾。

2.系统如何定位垃圾

引用计数算法-简单且高效但是主流的Java虚拟机里并没有选用引用计数算法来管理内存，因为它不能解决循环引用的问题。
根可达分析算法-将”GC Roots”对象作为起点，从这些节点开始向下搜索引用的对象，找到的对象都标记为非垃圾对象，其余未标记的对象都是垃圾对象。线程栈的本地变量、静态变量、本地方法栈的变量等等都可以称作GC Roots跟节点。如图：

3.常见的垃圾回收算法

复制算法-没有碎片浪费内存空间（目前使用新生代使用的是复制算法）
标记清除-位置不连续产生内存碎片
标记压缩-没有碎片效率偏低

复制算法它将可用内存按容量分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块，当这一块的内存用完了，就将还存活的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。

五.常见垃圾回收器

新生代收集器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge
老年代收集器：CMS、Serial Old、Parallel Old
整堆收集器： G1

jdk1.8 默认垃圾收集器Parallel Scavenge（新生代）+Parallel Old（老年代）