说在前面的话
<深入理解java虚拟机> link 是一本jvm入门经典，推荐所有java工程师阅读，并应该多读，不同阶段读. 这篇博客就是为了总结本人从该书中的领悟.

运行时的数据分区

• 程序计数器：线程执行的字节码行号.
• 虚拟机栈：生命周期和线程相同，描述的是java方法执行的内存模型, 每个方法执行的同时都会创建一个栈帧(stack frame).存放局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等信息.
• 堆：存放对象实例.随着JIT编译器、逃逸分析技术，栈上分配、标量替换导致不一定所有的对象都在堆上.
• 方法区：虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、JIT编译的代码。堆的一个逻辑部分。hotspot使用永久代实现方法区，会受限于MaxPermSize
• Direct Memory: DirectByteBuffer分配堆外内存.不受-Xmx参数控制.

java对象
java 对象的组成: 对象头(header)+实例数据(instance data)+对齐填充

• 对象头：类的元数据、hash码、gc分代).
• 实例数据：包括父类和自身定义的字段内容.
• 对齐填充，保证8字节的整数倍.

对象的访问定位，通过栈上的reference操作堆.

内存/栈溢出

• heap oom,分代(-Xmx -Xms:堆大小控制,Xmn:新生代大小，SurvivorRatio: survivor区大小).

   Memory Leak:内存无法被回收，GC Roots引用链.
   Memory overflow:调大内存，优化代码.

• stack overflow(虚拟机栈和本地方法栈)

   栈深度支持到1000-2000，如果超过会导致stackoverflow.
   如果线程数量过多，则会报错out of memory(受限于一个进程可用内存-堆内存-方法区内存),每个线程需要分配一个栈容量，参数为-Xss.

• 方法区和运行时常量池的溢出

   String.intern :常量池.
   方法区，除了已加载的类，还有许多动态生成类，如cglib、动态代理、osgi、jsp等。

• 本机直接内存directMemory

   用反射操作unsafe.
  

GC

对象存活的判定算法：判断对象和GCROOT引用链是否可达来判断对象是否已死. GC root包括:

• 虚拟机栈的本地变量表引用的对象.
• 方法区中的静态变量引用的对象.
• 方法区中常量池引用的对象.
• 本地方法栈JNI引用的对象

引用的分类, 由强到弱：

方法区的GC,回收效率低,效果差:

• 无效的常量，如"abc"进入了方法区，但没有地方引用.
• 无效的类信息, 如所有实例被回收/classLoad卸载.
• 反射生成的类, 需要虚拟机具备类卸载功能.

垃圾收集算法:

• 标记清除算法. 产生空间碎片,标记和清除的效率都比较低.
• 标记复制算法. 内存可用空间降低, 新生代使用，由于大部分对象朝生夕死, 不需要1:1，一般是8:1:1.
• 标记整理算法. 老生代使用.

垃圾收集器:

GC日志

[Times:user=0.01 sys=0.00,real=0.02secs]
其他 | 外面的3324K->152K(11904K),..
表示当时java堆的情况

GC相关参数

虚拟机故障处理工具

最佳实践

1. java进程内存不宜过大，64位jdk内存利用率低于32位.
2. Runtime.getRuntime().exec() 是fork一个镜像java进程，去执行命令,效率低.
3. 非堆内存包括direct memory,线程堆栈,socket buffer ,jvm本身占用.
4. 集成慢系统，考虑用消息队列解耦.
5. Map有效数据占比不高.

类文件结构

关于类的文件结构，只讲几个比较重要的概念

1. 类的全限定名: java/lang/String.
2. 方法描述： int typeOf(String a) 描述为(Ljava/lang/String a) I
3. javap -verbose xx.class.

字节码指令

• 基于操作数栈的指令.
• 宽化处理, int->long,float,double ... 窄化处理，不会抛出运行时异常.
• 异常由异常表处理，而不是指令.
• 方法级的同步由管程(monitor)处理, 代码块由指令处理.

虚拟机类加载机制

• 加载. 通过全限定名获取二进制流/将二进制流加载到虚拟机/生成class对象作为入口, 用户可以自定义加载方式(压缩包、网络、数据库、文件等)。
• 验证. 验证字节流是否符合class文件规范，如果多次加载，可以关闭这个步骤.
• 准备. 初始化类变量(0值).
• 解析. 将符号引用转为直接引用.
• 初始化. 执行类的()方法(()是实例方法), 静态块/类变量赋值等.
• 使用.
• 卸载.

类加载模型
双亲委派模型

• 启动类加载器, javahome/lib,由c++实现.
• 扩展类加载器, javahome/lib/ext.
• 应用程序类加载器, 应用的classpath.
• 先通过父加载器查找，如果查找不到则在本加载器内查找.
• 1. spi上层调用下层(通过线程上下文加载器)都是破坏双亲委派模型.
     Osgi : 网状的模型.

虚拟机的字节码执行引擎

• 基于栈桢, 包括操作数栈、局部变量表、动态链接、方法出口.
• java是静态多分派(重载)，动态单分派(重写).
• 静态语言是变量类型编译器决定，符号引用中包含类型. 变量有类型.

• tomcat 是正统的双亲委派模式. 默认 common/shared/webapp合三为lib.

  • common : tomcat/应用共享.

  • shared: 应用间共享

    • webapp: 应用内.

      • jsp: 动态部署.

    早期编译期优化

• 分析与字节码生成中需要解语法糖(包括泛型、自动装箱/拆箱、可变参数、try resource、switch、遍历循环、内部类、断言、条件编译等).
• java是低糖语言.

JMM

• 原子性. 基础操作是原子的, 更大粒度的原子操作需要借助lock/unlock.
• 可见性.volatile, 可以保证可见性, 在依赖运算判断/联合其他可变变量的情况以外，可以替代锁. final/synchronized也保证来可见性.

• 有序性, 在多线程的情况下，对指令重排序，来加快运算速度。

  • volatile, 保证写优先与读.
• 先行发生原则：程序有序/管程有序/Thread.start/Thread.interrupt/Thread终止/finalizer/volatile/传递性.

Java线程

• 线程模型：内核态、用户态、混合模型.
• 线程的调度方式：抢占式/协调式(不靠谱的优先级).
• 线程的状态切换:

线程安全和锁优化

• 悲观锁(阻塞式), synchronize, ReentrantLock(多个条件绑定、公平和非公平锁、等待中断).
• 乐观锁(非阻塞式), cas 由硬件支持.
• 无锁模型: 可重入代码/ThreadLocal、生产者消费者.
• 锁优化: 适应性自旋、锁消除、锁粗化、轻量级锁(先尝试一次cas)、偏向锁(同一个线程只做一次cas)