《深入理解Java虚拟机-JVM高级特性与最佳实践》

Chap 2 Java内存区域与内存溢出异常

1.Java运行时数据区域

A.程序计数器：当前线程所执行字节码的行号指示器，线程私有(非共享)。对于Java方法，执行的是虚拟机字节码的指令地址；如果是Native方法，计数器值为空。该区域是运行时区域中唯一未规定OutOfMemoryError的区域。

B.Java虚拟栈：存放Java方法执行时栈帧数据(存储局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口灯)，线程私有(非共享)，生命周期与线程相同。线程深度大于虚拟机所允许深度，抛出StackOverflowError异常；对于支持扩展的虚拟机，如果无法申请足够内存，抛出OutOfMemoryError异常。

C.本地方法栈：类似于Java虚拟栈，但存放的是Native方法。

D.Java堆：虚拟机启动时创建，存放对象实例，所有线程共享。Java堆是GC管理的主要区域。堆无法扩展时抛出OutOfMemoryError异常。

E.方法区：存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据，所有线程共享。方法区无法满足内存分配时抛出OutOfMemoryError异常。在HoSpot虚拟机上，该区域也称之为永久代(通过-XX：MaxPermSize设置上限)，HotSpot虚拟机将GC分代扩展到了方法区，省去专门编写内存管理代码的工作。

F.运行时常量池：是方法区的一部分，存放编译器生成的各种字面和符号引用。运行时常量池具备动态性，运行时可以将新的常量加入到常量池，比如String中的intern方法。常量池无法申请内存抛出OutOfMemoryError异常。

2.对象的创建过程(使用new)

A.在常量池中定位一个类的符号引用，检查是否加载、解析和初始化(如果没有，执行类加载过程)。

B.为新生对象分配内存，内存大小在类加载时便可以确定。分配方式包括指针碰撞(java内存规整，连续存放)和空闲列表(java内存交错使用，通过表记录使用情况)。

C.将分配的内存初始化为零值。

D.类对象信息设置，如类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息。

3.对象的内存布局：

A.对象头：包括对自身运行时数据(哈希码、GC分代、锁状态等)和类型指针(对象指向它的类元数据的指针)。

B.实例数据：代码中定义的各种类型的字段内容。

C.对齐填充：占位补齐。

4.对象的访问定位：通过栈上的引用数据来操作堆上的具体对象。

5.JVM常用设置：

A.-Xms20m -Xmx20m：指定Java堆最小、最大值

B.-XX:HeapDumpOnOutOfMemoryError：虚拟机抛出异常是Dump出当前内存堆快照。 -XX:HeapDumpPath指定Dump出文件的位置。

C.-Xss：指定栈内存容量。

D.-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize限定方法区内存大小，可以间接限制常量池的内容。

E.-XX:MaxirectMemorySize限定直接内存大小，不指定默认与-Xmx指定的堆内存一样。

6.分析JVM所Dump出的文件，可以使用Eclipse Memory Analyzer分析内存泄漏或者溢出。

Chap 3 垃圾收集器与内存分配策略

1.判断是否垃圾收集的方法：

A.引用计数算法：无法解决循环引用问题，JVM不使用。

B.可达性分析算法：当一个对象到GC Roots没有任何引用链(也称作不可达)就说明对象时不可用的。可作为GC Roots的有：虚拟机栈中引用对象、方法区中的静态属性引用的对象、方法区中常量引用的对象和本地方法栈中JNI引用的对象。

2.引用种类(引用强度依次递减)：

A.强引用：最常用的通过new建立的引用。只要引用存在，GC永不回收。

B.软引用：描述有用但是非必须的引用。系统异常前先回收软引用对象，回收不成功再抛出异常。Java使用SoftReference类实现软引用。

C.弱引用：描述非必须的引用，较软引用强度更弱。只能生存到垃圾收集器工作之前，无论当前内存是否充足，都会回收掉弱引用的对象。Java使用WeakReference实现弱引用。

D.虚引用：也称幽灵引用或者幻影引用，最弱的引用关系。对象是否有虚引用完全不影响其是否垃圾回收，仅用于该对象被回收时受到一个系统通知。Java通过PhantomReference实现虚引用。

3.垃圾收集算法判断需要垃圾收集只是将对象判了“缓刑”，并不会立即收集到对象。收集对象需要经过两次标记的过程：

A.可达性分析没有与GC Roots的引用链，对象会被进行第一次标记并进行一次筛选。筛选条件是判断对象是否有必要执行finalize()方法：对象没有覆盖finalize()方法或者finalize()方法已经被虚拟机调用(finalize方法只调用一次！！！)，标记为没必要执行。如果判定为有必要执行，JVM会将其放入F-Queue队列中，并在稍后一个由虚拟机自动创建的、低优先级的Finalizer线程去执行。这里的执行仅仅是触发这个方法，不承诺等待期结束(防止finalize方法执行缓慢导致整个内存回收系统崩溃)。

B.如果在finalize()方法中对象没有自救(比如将自己的this指针赋值给一个静态变量)，那么JVM会进行第二次标记，将其溢出F-Queue并最终回收掉。

4.方法区中对象收集需要满足：

A.该类所有实例已经回收。

B.加载该类的ClassLoader已经回收。

C.该类对应的java.lang.Class对象没有任何地方被引用。

HotSpot虚拟机提供-Xnoclassgc参数进行控制，还可以使用-verbose:class以及-XX:+TraceClassLoading、-XX:+TraceClassUnLoading查看类加载和卸载信息。

5.垃圾收集算法：

A.标记-清除算法：分为标记和清除两个阶段。有两个不足：效率不高和产生内存碎片。

B.复制算法：将内存划分为两份，清理时将从存活的放到另一份，然后原先的全部清理，用于新生代内存清理。Hotspot将内存分成三份：Eden和2个Survivor，其比例为8:1，新生代可以使用的为8+1，另一份用于清理后的对象内存赋值。如果这一份Survivor内存不足以存放清理过得对象，就需要采用分配担保机制将对象放到老年代上。

C.标记-整理算法：标记清理后进行内存整理，防止内存碎片。

D.分代收集算法：分为新生代和老年代。新生代的特点是“朝生夕死”，采用复制算法；老年代对象存活率较高，多采用标记-清理或者标记-整理算法。

6.HotSpot算法实现：

A.枚举根节点：为了保证一致性，必须所有进程都停止，称之为STOP THE WORLD。类加载完成后，通过OopMap的数据结构存储类信息，达到快速枚举根节点。

B.安全点：程序执行不能再所有地方都能停下来，需要在特定的地点(安全点)才能停下来。在安全点停下有两种方式：抢先式中断(先中断然后如果不在安全点就恢复线程，跑到安全点上，暂时没有虚拟机使用)和主动中断(中断时设置标志，所有线程轮询)。

C.安全区域：针对程序休眠或者blocked状态，需要安全区域保证区域内的代码引用关系不会发生变化，在安全区域中的任何一个地方进行GC都是安全的。

7.垃圾收集器：

A.Serial收集器：单线程收集器，收集时必须STOP THE WORLD(停止所有线程)。新生代复制算法，老年代标记-整理算法。无进程切换开销适合虚拟机运行在Client模式时使用。

B.ParNew收集器：Serial的多线程版本。适合虚拟机Server模式使用。

C.Parallel Scavenge收集器：专门针对可控制吞吐量设计的收集器。通过-XX:GCTimeRatio参数设置吞吐量大小(值为X表示最大gc时间占总时间的1/(1+X))。

D.Serial Old收集器：Serial收集器的老年代版本。

E.Parallel Old收集器：Parallel Scavenge收集器的老年代版本。

F.CMS(Concurrent Mark Sweep是以获取最回收停顿为目标的收集器。分为：初始标记(STW)-并发表及(多线程)-重新标记(STW)-并发清除(多线程)四个阶段。CMS收集器无法处理浮动垃圾(标记过程后产生的垃圾)。对于老年代，CMS运行期间预留的内存无法满足程序时会出现Concurrent Mode Failure失败，因此需要使用Serial Old处理老年代的数据。CMS老年代使用的是标记-清除算法。

G.G1(Garbage-First)收集器：最大特点是可预测的停顿和空间整合(标记-整理算法)。也分为初始标记-并发标记-最终标记-筛选回收四个阶段。

8.内存分配和回收策略：

A.对象在新生代Eden中分配，当Eden没有足够空间，虚拟机会发生一次Minor GC(新生代)。老年代发生的是Major GC。

B.大对象直接进入老年代，通过-XX:PretenureSizeThreshold设置大对象的大小。

C.长期存活对象直接进入老年代：经过一次Minor GC没被清理后年代增加一岁。通过-XX:MaxTenuringThreshold设置进入老年代的年龄。-Xmn10m设置新生代大小。

D.动态对象年龄判断：如果在Survivor空间中相同年龄所有对象大小的综合大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象自动进入老年代，无需年龄规定的限制。

Chap 4 虚拟机性能监控与故障处理工具

1.jps：虚拟机进程状态工具。

2.jstat：虚拟机统计信息监视工具。

3.jinfo：java配置信息工具。

4.jmap：java内存映像工具。

5.jhat：jvm heap analysis tools。

6.jstack：java堆栈跟踪工具。

7.可视化工具：JConsole和VisualVM。

Chap 5调优案例分析与实战

略