在江湖中要練就絕世武功必須內(nèi)外兼?zhèn)?，精妙的招式和深厚的?nèi)功，武功的基礎(chǔ)是內(nèi)功。對于武功低（就像江南七怪）的人，招式更重要，因?yàn)樗麄儾荒芸績?nèi)功直接去傷人，只能靠招式，利刃上優(yōu)勢來取勝了，但是練到高手之后，內(nèi)功就更主要了。一個(gè)內(nèi)功低的人招式在奇妙也打不過一個(gè)內(nèi)功高的人。比如，你劍法再厲害，一劍刺過來，別人一掌打斷你的劍，你還怎么使劍法，你一掌打到一個(gè)武功高的人身上，那人沒什么事，卻把你震傷了，你還怎么打。同樣兩者也是相輔相成的，內(nèi)功深厚之后，原來普通的一招一式威力也會(huì)倍增。
對于搞開發(fā)的我們其實(shí)也是一樣，現(xiàn)在流行的框架越來越多，封裝的也越來越完善，各種框架可以搞定一切，幾乎不用關(guān)注底層的實(shí)現(xiàn)，初級程序員只要熟悉基本的使用方法，便可以快速的開發(fā)上線；但對于高級程序員來講，內(nèi)功的修煉卻越發(fā)的重要，比如算法、設(shè)計(jì)模式、底層原理等，只有把這些基礎(chǔ)熟練之后，才能在開發(fā)過程中知其然知其所以然，出現(xiàn)問題時(shí)能快速定位到問題的本質(zhì)。
對于Java程序員來講，spring全家桶幾乎可以搞定一切，spring全家桶便是精妙的招式，jvm就是內(nèi)功心法很重要的一塊，線上出現(xiàn)性能問題，jvm調(diào)優(yōu)更是不可回避的問題。因此JVM基礎(chǔ)知識(shí)對于高級程序員的重要性不必言語，我司在面試高級開發(fā)的時(shí)候，jvm相關(guān)知識(shí)也必定是考核的標(biāo)準(zhǔn)之一。本篇文章會(huì)根據(jù)之前寫的jvm系列文章梳理出jvm需要關(guān)注的所有考察點(diǎn)。
jvm 總體梳理
jvm體系總體分四大塊：
- 類的加載機(jī)制
- jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)
- GC算法 垃圾回收
- GC分析 命令調(diào)優(yōu)
當(dāng)然這些知識(shí)點(diǎn)在之前的文章中都有詳細(xì)的介紹，這里只做主干的梳理
這里畫了一個(gè)思維導(dǎo)圖，將所有的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了陳列，因?yàn)閳D比較大可以點(diǎn)擊右鍵下載了放大查看。
類的加載機(jī)制
主要關(guān)注點(diǎn)：
什么是類的加載
類的加載指的是將類的.class文件中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存中，將其放在運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)內(nèi)，然后在堆區(qū)創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class對象，用來封裝類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。類的加載的最終產(chǎn)品是位于堆區(qū)中的Class對象，Class對象封裝了類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且向Java程序員提供了訪問方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口。
類的生命周期
類的生命周期包括這幾個(gè)部分，加載、連接、初始化、使用和卸載，其中前三部是類的加載的過程,如下圖；
- 加載，查找并加載類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，在Java堆中也創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class類的對象
- 連接，連接又包含三塊內(nèi)容：驗(yàn)證、準(zhǔn)備、初始化。1）驗(yàn)證，文件格式、元數(shù)據(jù)、字節(jié)碼、符號(hào)引用驗(yàn)證；2）準(zhǔn)備，為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值；3）解析，把類中的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用
- 初始化，為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值
- 使用，new出對象程序中使用
- 卸載，執(zhí)行垃圾回收
幾個(gè)小問題？
1、JVM初始化步驟 ？ 2、類初始化時(shí)機(jī) ？3、哪幾種情況下，Java虛擬機(jī)將結(jié)束生命周期？
答案參考這篇文章jvm系列(一):java類的加載機(jī)制
類加載器
- 啟動(dòng)類加載器：Bootstrap ClassLoader，負(fù)責(zé)加載存放在JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安裝目錄，下同)下，或被-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中的，并且能被虛擬機(jī)識(shí)別的類庫
- 擴(kuò)展類加載器：Extension ClassLoader，該加載器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載DK\jre\lib\ext目錄中，或者由java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中的所有類庫（如javax.*開頭的類），開發(fā)者可以直接使用擴(kuò)展類加載器。
- 應(yīng)用程序類加載器：Application ClassLoader，該類加載器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader來實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載用戶類路徑（ClassPath）所指定的類，開發(fā)者可以直接使用該類加載器
類加載機(jī)制
- 全盤負(fù)責(zé)，當(dāng)一個(gè)類加載器負(fù)責(zé)加載某個(gè)Class時(shí)，該Class所依賴的和引用的其他Class也將由該類加載器負(fù)責(zé)載入，除非顯示使用另外一個(gè)類加載器來載入
- 父類委托，先讓父類加載器試圖加載該類，只有在父類加載器無法加載該類時(shí)才嘗試從自己的類路徑中加載該類
- 緩存機(jī)制，緩存機(jī)制將會(huì)保證所有加載過的Class都會(huì)被緩存，當(dāng)程序中需要使用某個(gè)Class時(shí)，類加載器先從緩存區(qū)尋找該Class，只有緩存區(qū)不存在，系統(tǒng)才會(huì)讀取該類對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成Class對象，存入緩存區(qū)。這就是為什么修改了Class后，必須重啟JVM，程序的修改才會(huì)生效
jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)
主要關(guān)注點(diǎn)：
- jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)都是什么
- 對象分配規(guī)則
jvm內(nèi)存結(jié)構(gòu)
方法區(qū)和對是所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域；而java棧、本地方法棧和程序員計(jì)數(shù)器是運(yùn)行是線程私有的內(nèi)存區(qū)域。
- Java堆（Heap）,是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊。Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實(shí)例，幾乎所有的對象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存。
- 方法區(qū)（Method Area）,方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。
- 程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）,程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間，它的作用可以看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。
- JVM棧（JVM Stacks）,與程序計(jì)數(shù)器一樣，Java虛擬機(jī)棧（Java Virtual Machine Stacks）也是線程私有的，它的生命周期與線程相同。虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法被執(zhí)行的時(shí)候都會(huì)同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表、操作棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個(gè)方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過程。
- 本地方法棧（Native Method Stacks）,本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，其區(qū)別不過是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧則是為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)。
對象分配規(guī)則
- 對象優(yōu)先分配在Eden區(qū)，如果Eden區(qū)沒有足夠的空間時(shí)，虛擬機(jī)執(zhí)行一次Minor GC。
- 大對象直接進(jìn)入老年代（大對象是指需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的對象）。這樣做的目的是避免在Eden區(qū)和兩個(gè)Survivor區(qū)之間發(fā)生大量的內(nèi)存拷貝（新生代采用復(fù)制算法收集內(nèi)存）。
- 長期存活的對象進(jìn)入老年代。虛擬機(jī)為每個(gè)對象定義了一個(gè)年齡計(jì)數(shù)器，如果對象經(jīng)過了1次Minor GC那么對象會(huì)進(jìn)入Survivor區(qū)，之后每經(jīng)過一次Minor GC那么對象的年齡加1，知道達(dá)到閥值對象進(jìn)入老年區(qū)。
- 動(dòng)態(tài)判斷對象的年齡。如果Survivor區(qū)中相同年齡的所有對象大小的總和大于Survivor空間的一半，年齡大于或等于該年齡的對象可以直接進(jìn)入老年代。
- 空間分配擔(dān)保。每次進(jìn)行Minor GC時(shí)，JVM會(huì)計(jì)算Survivor區(qū)移至老年區(qū)的對象的平均大小，如果這個(gè)值大于老年區(qū)的剩余值大小則進(jìn)行一次Full GC，如果小于檢查HandlePromotionFailure設(shè)置，如果true則只進(jìn)行Monitor GC,如果false則進(jìn)行Full GC。
如何通過參數(shù)來控制個(gè)各個(gè)內(nèi)存區(qū)域
參考此文章：jvm系列(二):JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)
GC算法 垃圾回收
主要關(guān)注點(diǎn)：
對象存活判斷
判斷對象是否存活一般有兩種方式：
- 引用計(jì)數(shù)：每個(gè)對象有一個(gè)引用計(jì)數(shù)屬性，新增一個(gè)引用時(shí)計(jì)數(shù)加1，引用釋放時(shí)計(jì)數(shù)減1，計(jì)數(shù)為0時(shí)可以回收。此方法簡單，無法解決對象相互循環(huán)引用的問題。
- 可達(dá)性分析（Reachability Analysis）：從GC Roots開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈。當(dāng)一個(gè)對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時(shí)，則證明此對象是不可用的，不可達(dá)對象。
GC算法
GC最基礎(chǔ)的算法有三種：標(biāo)記 -清除算法、復(fù)制算法、標(biāo)記-壓縮算法，我們常用的垃圾回收器一般都采用分代收集算法。
- 標(biāo)記 -清除算法，“標(biāo)記-清除”（Mark-Sweep）算法，如它的名字一樣，算法分為“標(biāo)記”和“清除”兩個(gè)階段：首先標(biāo)記出所有需要回收的對象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收掉所有被標(biāo)記的對象。
- 復(fù)制算法，“復(fù)制”（Copying）的收集算法，它將可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當(dāng)這一塊的內(nèi)存用完了，就將還存活著的對象復(fù)制到另外一塊上面，然后再把已使用過的內(nèi)存空間一次清理掉。
- 標(biāo)記-壓縮算法，標(biāo)記過程仍然與“標(biāo)記-清除”算法一樣，但后續(xù)步驟不是直接對可回收對象進(jìn)行清理，而是讓所有存活的對象都向一端移動(dòng)，然后直接清理掉端邊界以外的內(nèi)存
- 分代收集算法，“分代收集”（Generational Collection）算法，把Java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)氖占惴ā?/li>
垃圾回收器
- Serial收集器，串行收集器是最古老，最穩(wěn)定以及效率高的收集器，可能會(huì)產(chǎn)生較長的停頓，只使用一個(gè)線程去回收。
- ParNew收集器，ParNew收集器其實(shí)就是Serial收集器的多線程版本。
- Parallel收集器，Parallel Scavenge收集器類似ParNew收集器，Parallel收集器更關(guān)注系統(tǒng)的吞吐量。
- Parallel Old 收集器，Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多線程和“標(biāo)記－整理”算法
- CMS收集器，CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一種以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器。
- G1收集器，G1 (Garbage-First)是一款面向服務(wù)器的垃圾收集器,主要針對配備多顆處理器及大容量內(nèi)存的機(jī)器. 以極高概率滿足GC停頓時(shí)間要求的同時(shí),還具備高吞吐量性能特征
GC算法和垃圾回收器算法圖解以及更詳細(xì)內(nèi)容參考 jvm系列(三):GC算法 垃圾收集器
GC分析 命令調(diào)優(yōu)
主要關(guān)注點(diǎn)：
- GC日志分析
- 調(diào)優(yōu)命令
- 調(diào)優(yōu)工具
GC日志分析
摘錄GC日志一部分（前部分為年輕代gc回收；后部分為full gc回收）：
2016-07-05T10:43:18.093+0800: 25.395: [GC [PSYoungGen: 274931K->10738K(274944K)] 371093K->147186K(450048K), 0.0668480 secs] [Times: user=0.17 sys=0.08, real=0.07 secs] 2016-07-05T10:43:18.160+0800: 25.462: [Full GC [PSYoungGen: 10738K->0K(274944K)] [ParOldGen: 136447K->140379K(302592K)] 147186K->140379K(577536K) [PSPermGen: 85411K->85376K(171008K)], 0.6763541 secs] [Times: user=1.75 sys=0.02, real=0.68 secs]
通過上面日志分析得出，PSYoungGen、ParOldGen、PSPermGen屬于Parallel收集器。其中PSYoungGen表示gc回收前后年輕代的內(nèi)存變化；ParOldGen表示gc回收前后老年代的內(nèi)存變化；PSPermGen表示gc回收前后永久區(qū)的內(nèi)存變化。young gc 主要是針對年輕代進(jìn)行內(nèi)存回收比較頻繁，耗時(shí)短；full gc 會(huì)對整個(gè)堆內(nèi)存進(jìn)行回城，耗時(shí)長，因此一般盡量減少full gc的次數(shù)
young gc 日志:
Full GC日志:
調(diào)優(yōu)命令
Sun JDK監(jiān)控和故障處理命令有jps jstat jmap jhat jstack jinfo
- jps，JVM Process Status Tool,顯示指定系統(tǒng)內(nèi)所有的HotSpot虛擬機(jī)進(jìn)程。
- jstat，JVM statistics Monitoring是用于監(jiān)視虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)狀態(tài)信息的命令，它可以顯示出虛擬機(jī)進(jìn)程中的類裝載、內(nèi)存、垃圾收集、JIT編譯等運(yùn)行數(shù)據(jù)。
- jmap，JVM Memory Map命令用于生成heap dump文件
- jhat，JVM Heap Analysis Tool命令是與jmap搭配使用，用來分析jmap生成的dump，jhat內(nèi)置了一個(gè)微型的HTTP/HTML服務(wù)器，生成dump的分析結(jié)果后，可以在瀏覽器中查看
- jstack，用于生成java虛擬機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的線程快照。
- jinfo，JVM Configuration info 這個(gè)命令作用是實(shí)時(shí)查看和調(diào)整虛擬機(jī)運(yùn)行參數(shù)。
詳細(xì)的命令使用參考這里jvm系列(四):jvm調(diào)優(yōu)-命令篇
調(diào)優(yōu)工具
常用調(diào)優(yōu)工具分為兩類,jdk自帶監(jiān)控工具：jconsole和jvisualvm，第三方有：MAT(Memory Analyzer Tool)、GChisto。
- jconsole，Java Monitoring and Management Console是從java5開始，在JDK中自帶的java監(jiān)控和管理控制臺(tái)，用于對JVM中內(nèi)存，線程和類等的監(jiān)控
- jvisualvm，jdk自帶全能工具，可以分析內(nèi)存快照、線程快照；監(jiān)控內(nèi)存變化、GC變化等。
- MAT，Memory Analyzer Tool，一個(gè)基于Eclipse的內(nèi)存分析工具，是一個(gè)快速、功能豐富的Java heap分析工具，它可以幫助我們查找內(nèi)存泄漏和減少內(nèi)存消耗
- GChisto，一款專業(yè)分析gc日志的工具
工具使用參考 jvm系列(七):jvm調(diào)優(yōu)-工具篇
