Java

xmy...大约 10 分钟

内存区域

HotSpot在JDK1.8之前方法区就是永久代，永久代就是方法区。

JDK1.8后删除了永久代，改为元空间，元空间在直接内存中。方法区就是元空间，元空间就是方法区。

创建一个线程，JVM就会为其分配一个私有内存空间，其中包括PC、虚拟机栈和本地方法栈

用来指示下一个执行的字节码指令，基于这一点就能实现代码的控制流程

为了确保每个线程切换回来都能从上次的位置继续运行，PC必须是线程私有的，切换出去时需保存各自的PC

虚拟机栈

虚拟机栈中一个栈帧压入就对应一个方法的调用，栈帧弹出就对应方法返回。栈帧中包含：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息。

局部变量表也就是常说的栈内存，用来存储基本类型和引用

HotSpot不支持动态扩展虚拟机栈，在创建线程时就确定了虚拟机栈的最大深度，如果申请不了这么多内存，就会抛出OOM错误，如果线程在运行时调用了很多方法，到达了栈的最大深度，就会抛出SOF错误

本地方法栈

和虚拟机栈相同，区别仅在于虚拟机栈中是java方法，本地方法栈中是native方法，但HotSpot中已经将二者合而为一了。

堆

JVM中最大的一块内存空间，所有对象实例和数组都在这里分配内存，所有线程共享堆内存。

JDK1.7开始默认开启了逃逸分析，如果一个对象只在一个线程中被引用了，则该对象可以直接在栈上分配内存空间。

堆也叫GC堆，是垃圾回收的主要区域。为了便于垃圾回收，JDK1.8之前将堆分为三个部分：

新生代
老年代
永久代

而1.8之后将永久代删除了，取而代之的是元空间，元空间则在直接内存中。

此外，新生代还细分为eden、from survivor（s0）和to survivor（s1）

当新对象实例产生时，年龄为0，首先被分配在eden里，在一次gc后，如果还存活，就被扔到survivor里，并且年龄+1，当年龄增加到一定程度后就被扔到老年代里。对象晋升到老年代的年龄阈值，可以通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold 来设置。

方法区

存放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。

1.8之前是永久代，属于堆内存。1.8之后是元空间，属于直接内存。

永久代受JVM创建时分配的最大堆内存限制，而元空间则受系统内存限制，可以存储更多。

常量池

分为字符串常量池和运行时常量池

1.8之后字符串常量池在堆中，而运行时常量池在元空间

直接内存

在JVM进程的内存空间之外，属于系统内存。

JVM可通过native方法对其进行直接操作，而无需在使用时将其拷贝到JVM内存区。

对象创建过程

类加载检查：
JVM遇到一条new指令时，先检查能不能在常量池中定位到该类的符号引用，并检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化。如果没有就要先进行类加载。类已被加载就通过检查。
分配内存：
类加载检查通过后JVM为新对象分配内存，对象所需的内存大小在类加载完成后就确定了，JVM会在堆中按照指针碰撞或空闲列表的方式为对象划分出一块空间，选择哪种方式会根据垃圾收集器的算法而定。此外，内存分配还要保证线程安全，JVM采用CAS+失败重试或TLAB的方式保证线程安全。
CAS+失败重试：乐观锁的一种实现，每次占用资源不加锁，而是不断尝试占用。
TLAB：线程创建时预先在堆中给线程分配一块内存，称为TLAB，专门用来存放该线程运行过程中创建的对象，而TLAB满了时，采用上述CAS在堆的其它内存中分配
初始化零值：
将对象的字段设为默认零值，不包括对象头
设置对象头：
在对象头中设置这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的 GC 分代年龄、是否启用偏向锁等信息
执行init方法：
初始化对象，即按照程序员写的构造方法给对象进行初始化。

GC

内存分配与回收

新对象优先被分配在eden里，年龄设置为0，经历第一次gc后如果还存活，就被扔到survivor中，并且年龄+1，随后每经历一次gc如果还存活就年龄+1，如果年龄超过了上限（默认15），就被扔到老年代中。通过-XX：MaxTenuringThreshold设置上限。

此外，JVM还有动态年龄判定机制：如果在survivor空间中相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代，无需等到年龄超过上线。

如果是过大的对象，为了避免其来回复制，可以在创建时直接扔到老年代里。通过-XX：PretenureSizeThreshold设置，只支持Serial和ParNew。

hotspot中gc分为两类：部分收集partial gc和全收集full gc。

部分收集又分minor gc、major gc和mixed gc

minor gc：只对新生代进行回收

major gc：只对老年代进行回收（有时也指代full gc）

mixed gc：对整个新生代和部分老年代进行回收

全收集full gc：对整个堆和方法区（hotspot中的元空间）进行回收

判别对象、常量、类死亡的方法

对象

引用计数法：
对象中设置一个引用计数器，每当该对象被引用时，引用计数器就会+1，失去一个引用时就会-1。引用计数器为0时就代表已经死亡，不会再被引用了。这种判别方式有个缺点，如果两个对象互相引用，但又没有外界对它们的引用，则它们引用计数都为1，会一直存在，但没有意义。
可达性分析法：
设置一组对象为gc roots，如果一个对象没有能到达任何一个gc root的引用链，则判别这个对象死亡。一般一个线程启动后并列创建的一组对象会构成gc roots，gc roots内部引用的对象就是非gc root。

常量

没有被任何对象引用时就是废弃的

同时满足如下三点就是无用的类

该类所有的实例都已经被回收，也就是 Java 堆中不存在该类的任何实例。
加载该类的 ClassLoader 已经被回收。
该类对应的 java.lang.Class 对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

引用类型都有哪些？

强引用
```
Object strong = new Object();
```
一个对象如果被引用，且最高级别是强引用，就不会被回收。
软引用
```
SoftReference<Object> soft = new SoftReference<>(new Object());
```
一个对象如果被引用，且最高级别是软引用，发生gc时内存足够就不会被回收，内存不够就会被回收。
弱引用
```
WeakReference<Object> weak = new WeakReference<>(new Object());
```
一个对象如果被引用，且最高级别是弱引用，发生gc时不管内存够不够都会被回收。
虚引用
```
ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();
PhantomReference<Object> phantom = new PhantomReference<Object>(new Object(), queue);
```
虚引用创建时必须搭配ReferenceQueue。
一个对象如果被引用，且最高级别是虚引用，就等于没有被引用，发生gc时不管内存够不够都会被回收。
虚引用看起来和弱引用没啥区别，只是必须搭配ReferenceQueue。
用虚引用的目的一般是跟踪对象被回收的活动。
ReferenceQueue
软引用、弱引用和虚引用在创建时都可以关联一个ReferenceQueue，其中虚引用必须关联，其余两个可选关联。
关联了ReferenceQueue的引用所引用的对象在被回收内存之前，这个引用会被JVM加入到关联的ReferenceQueue中。通过这样的机制，我们就能通过监听该队列，在对象内存被回收前进行一些自定义处理。

在程序设计中一般很少使用弱引用与虚引用，使用软引用的情况较多，这是因为软引用可以加速JVM对垃圾内存的回收速度，可以维护系统的运行安全，防止内存溢出（OutOfMemory）等问题的产生。

GC算法有哪些？

标记-清除 ：先标记上所有存活的对象，再一次性回收掉没被标记的，这是最基础的算法，后面的几个都是对其效率和空间碎片问题做了优化。碎片问题会导致都是小空隙，装不下大对象，而如果将对象整理起来就会空出更大的空隙。
复制：将内存分为两块，只用其中一块，当用的这一块满了后，还是对其中存活的对象进行标记，然后将这些被标记的逐个复制到另一块内存，最后将剩余的死亡对象一次性回收，说白了就是两块内存来回倒。由于一次gc需要处理的总内存变小了，效率也就提升了。
标记-整理 ：和标记-清除一样，先标记存活对象，然后将它们堆到一端，最后回收掉末端以外的对象。
分代收集 ：新生代死亡对象比较多，一般用复制算法。老年代死亡对象比较少，一般用标记-清除或标记-整理算法