JVM 复习

今天来回顾一下JVM的知识点

一、内存区域的划分

1. 程序计数器

• 作用：每个线程拥有独立的程序计数器，用于记录当前线程执行的字节码行号。在方法执行时，记录下一条指令的地址；如果是Native方法，则值为空。
• 特点：是JVM中唯一不会发生OutOfMemoryError的区域。
• 线程安全：线程私有，互不干扰。

2. Java虚拟机栈

• 作用：存储方法的调用和执行过程，包括局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等。
• 生命周期：与线程相同，随线程创建而创建，随线程结束而销毁。
• 异常：若线程请求的栈深度超过JVM允许的最大深度，抛出StackOverflowError；若栈无法动态扩展，抛出OutOfMemoryError。

3. 本地方法栈

• 作用：为JVM执行Native方法提供服务，类似于虚拟机栈，但服务于非Java语言编写的方法。
• 实现：不同虚拟机实现方式不同，如HotSpot将本地方法栈与虚拟机栈合二为一。

4. 堆

• 作用：存放所有对象实例和数组，是垃圾收集器管理的主要区域。
• 特点：线程共享，所有线程共享堆内存。
• 分代结构：分为新生代（Eden、Survivor区）和老年代，便于分代垃圾回收。
• 异常：堆中没有足够空间分配对象实例时，抛出OutOfMemoryError。

5. 方法区

• 作用：存储已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等。
• 实现差异：在HotSpot中，JDK8之前使用永久代实现，JDK8之后改为元空间，使用本地内存。
• 异常：方法区内存不足时，抛出OutOfMemoryError。

二、内存回收算法

1. 引用计数法

• 原理：每个对象维护一个引用计数器，当引用被添加时计数器加1，引用被移除时减1，计数器为0时回收。
• 缺点：无法解决循环引用问题，因此未被主流JVM采用。

2. 标记-清除算法

• 步骤：
  1. 标记：从GC Roots开始，标记所有可达对象。
  2. 清除：遍历堆，回收未被标记的对象。
• 缺点：产生内存碎片，可能导致大对象无法分配。

3. 复制算法

• 原理：将内存分为两块，每次只使用一块。当一块用完时，将存活对象复制到另一块，然后清空当前块。
• 优点：无内存碎片，回收效率高。
• 缺点：内存利用率低，仅适合存活对象少的场景（如新生代）。

4. 标记-整理算法

• 步骤：
  1. 标记：标记所有存活对象。
  2. 整理：将存活对象向一端移动，清理边界外的内存。
• 优点：无内存碎片，适合老年代。
• 缺点：移动对象开销较大。

5. 分代收集算法

• 原理：根据对象生命周期将堆分为新生代和老年代，不同代采用不同回收算法。
  • 新生代：复制算法（存活对象少）。
  • 老年代：标记-清除或标记-整理算法（存活对象多）。
• 优点：优化垃圾回收效率，减少停顿时间。

三、常见的垃圾收集器

1. Serial收集器

• 特点：单线程收集，进行垃圾回收时暂停所有用户线程。
• 适用场景：客户端模式或单核CPU环境。
• 组合：可与Serial Old收集器搭配使用。

2. ParNew收集器

• 特点：Serial的多线程版本，回收时暂停所有用户线程。
• 适用场景：多核环境，常与CMS收集器配合使用。

3. Parallel Scavenge收集器

• 特点：多线程并行收集，关注吞吐量（运行代码时间/总时间）。
• 调节：通过-XX:MaxGCPauseMillis和-XX:GCTimeRatio参数调整。

4. CMS收集器

• 特点：并发标记清除，减少停顿时间。
• 步骤：初始标记、并发标记、重新标记、并发清除。
• 缺点：产生内存碎片，对CPU资源敏感。

5. G1收集器

• 特点：面向服务端，将堆划分为多个Region，优先回收价值最大的Region。
• 优点：可预测停顿时间，适合大内存、多核环境。
• 目标：替代CMS，成为默认收集器。

6. ZGC和Shenandoah

• 特点：低延迟，停顿时间控制在毫秒级甚至亚毫秒级。
• 适用场景：超大内存、对延迟敏感的应用。

四、双亲委派

1. 基本概念

• 定义：类加载器在加载类时，先委托父类加载器加载，只有父类加载器无法完成时才由自身加载。
• 目的：避免类的重复加载，保证Java核心API的安全性。

2. 类加载器层次

• 启动类加载器：加载JDK核心类库（如java.lang.*）。
• 扩展类加载器：加载扩展目录中的类。
• 应用程序类加载器：加载用户类路径上的类。

3. 示例

public class ClassLoaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader loader = ClassLoaderDemo.class.getClassLoader();
        System.out.println(loader); // 应用程序类加载器
        System.out.println(loader.getParent()); // 扩展类加载器
        System.out.println(loader.getParent().getParent()); // 启动类加载器（null）
    }
}

五、命令

1. java

• 作用：启动Java应用程序。
• 示例：

  java -jar app.jar
  java -Xms512m -Xmx1024m MyApp

2. javac

• 作用：编译Java源代码为字节码。
• 示例：

  javac HelloWorld.java

3. jar

• 作用：创建和管理JAR文件。
• 示例：

  jar cvf app.jar *.class

4. jps

• 作用：列出正在运行的Java进程。
• 示例：

  jps -l

5. jstat

• 作用：监控JVM内存和垃圾回收情况。
• 示例：

  jstat -gc 1234

6. jmap

• 作用：生成堆转储快照。
• 示例：

  jmap -dump:format=b,file=heap.bin 1234

7. jstack

• 作用：打印线程堆栈信息，用于分析线程死锁或性能问题。
• 示例：

  jstack 1234 > thread_dump.txt

8. jcmd

• 作用：多功能诊断命令工具。
• 示例：

  jcmd 1234 GC.class_histogram

9. jconsole和VisualVM

• 作用：图形化监控工具，提供内存、线程、类加载等实时监控。
• 启动：

  jconsole
  jvisualvm