这是我在看课程《黑马程序员JVM完整教程》过程中记的笔记。我觉得该课程总时不长，并且理论+实战是一个入门JVM的好课程。
若你看完该课程可以看下面几个参看书进一步深入了解JVM
- 深入理解Java虚拟机（第二版）
- 实战Java虚拟机
- 深入JAVA虚拟机第二版
这三本参考书的pdf版本已经放在下面的网盘中(只限个人看)
链接：https://pan.baidu.com/s/1iNJcbSecMwnOQuaJNxzrRQ
提取码：wcar
Program Counter Register 程序计数器（寄存器）
下面是一条Java程序的指令：
**定义：**Java Virtual Machine Stacks （Java 虚拟机栈）
问题辨析：
1.垃圾回收是否涉及栈内存？
答案：不会
2.内存分配越大越好吗？
答案：不是，-Xss 参数来设置栈空间，如果栈空间设置过大，会降低线程数，因为机子的物理内存空间大小固定的。
3.方法内的局部变量是否线程安全？
栈内存溢出
java.lang.StackOverflowError
线程运行诊断
Heap 堆
特点
堆内存溢出
java.lang.OutOfMemoryError:Java head space
堆内存诊断
jps 工具
查看当前系统中有哪些 java 进程
jmap 工具
查看堆内存占用情况 jmap - heap 进程id
jconsole 工具
图形界面的，多功能的监测工具，可以连续监测
案例
定义
组成：
方法区内存溢出
1.8 以前会导致永久代内存溢出
1.8 之后会导致元空间内存溢出
运行时常量池
StringTable
先看几道面试题：
定义：Direct Memory
基本原理
不使用直接内存的时候I/O操作过程
使用直接内存
分配和回收原理
方法一：引用计数法 （早期的Python虚拟机用过）
概念：
好处：
坏处：
如果存在循环引用，那么该方法失效了
**方法二：可达性分析算法 **
四种引用
强引用
只有所有 GC Roots 对象都不通过【强引用】引用该对象，该对象才能被垃圾回收
软引用（SoftReference）
仅有软引用引用该对象时，在垃圾回收后，内存仍不足时会再次出发垃圾回收，回收软引用对象可以配合引用队列来释放软引用自身
弱引用（WeakReference）
仅有弱引用引用该对象时，在垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收弱引用对象可以配合引用队列来释放弱引用自身
虚引用（PhantomReference）
必须配合引用队列使用，主要配合 ByteBuffffer 使用，被引用对象回收时，会将虚引用入队，由 Reference Handler 线程调用虚引用相关方法释放直接内存
终结器引用（FinalReference）
无需手动编码，但其内部配合引用队列使用，在垃圾回收时，终结器引用入队（被引用对象暂时没有被回收），再由 Finalizer 线程通过终结器引用找到被引用对象并调用它的 finalize方法，第二次 GC 时才能回收被引用对象
算法一：标记清除算法
定义：
优点：
缺点：
算法二：标记整理算法
原理：
好处：
坏处：
算法三：复制算法
原理：
好处：
坏处：
对象首先分配在伊甸园区域
新生代空间不足时，触发 minor gc，伊甸园和 from 存活的对象使用 copy 复制到 to 中，存活的对象年龄加 1并且交换 from to
minor gc 会引发 stop the world，暂停其它用户的线程，等垃圾回收结束，用户线程才恢复运行当对象寿命超过阈值时，会晋升至老年代，最大寿命是15（4bit）
当老年代空间不足，会先尝试触发 minor gc，如果之后空间仍不足，那么触发 full gc，STW的时间更长
相关参数
| 堆初始大小 | -Xms |
|---|---|
| 堆最大大小 | -Xmx 或 -XX:MaxHeapSize=size |
| 新生代大小 | -Xmn 或 (-XX:NewSize=size + -XX:MaxNewSize=size ) |
| 幸存区比例（动态） | -XX:InitialSurvivorRatio=ratio 和 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy |
| 幸存区比例 | -XX:SurvivorRatio=ratio |
| 晋升阈值 | -XX:MaxTenuringThreshold=threshold |
| 晋升详情 | -XX:+PrintTenuringDistribution |
| GC详情 | -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc |
| FullGC 前 MinorGC | -XX:+ScavengeBeforeFullGC |
串行
-XX:+UseSerialGC = Serial + SerialOld
吞吐量优先
-XX:+UseParallelGC ~ -XX:+UseParallelOldGC
-XX:GCTimeRatio=ratio
-XX:MaxGCPauseMillis=ms
-XX:ParallelGCThreads=n
响应时间优先
-XX:+UseConcMarkSweepGC ~ -XX:+UseParNewGC ~ SerialOld
-XX:ParallelGCThreads=n ~ -XX:ConcGCThreads=threads
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=percent
-XX:+CMSScavengeBeforeRemark
多线程
堆内存较大，多核 cpu
尽可能让单次 STW 的时间最短 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 = 0.5
G1
定义：Garbage First
2004 论文发布
2009 JDK 6u14 体验
2012 JDK 7u4 官方支持
2017 JDK 9 默认
适用场景
同时注重吞吐量（Throughput）和低延迟（Low latency），默认的暂停目标是 200 ms
超大堆内存，会将堆划分为多个大小相等的 Region
整体上是 标记+整理 算法，两个区域之间是 复制 算法
相关 JVM 参数
-XX:+UseG1GC
-XX:G1HeapRegionSize=size
-XX:MaxGCPauseMillis=time
G1 垃圾回收阶段
Young Collection
Young Collection + CM
在 Young GC 时会进行 GC Root 的初始标记
老年代占用堆空间比例达到阈值时，进行并发标记（不会 STW），由下面的 JVM 参数决定
Mixed Collection
会对 E、S、O 进行全面垃圾回收
-XX:MaxGCPauseMillis=ms
Full GC
SerialGC
ParallelGC
新生代内存不足发生的垃圾收集 - minor gc
老年代内存不足发生的垃圾收集 - full gc
CMS
新生代内存不足发生的垃圾收集 - minor gc
老年代内存不足
G1
新生代内存不足发生的垃圾收集 - minor gc
老年代内存不足
Young Collection 跨代引用
新生代回收的跨代引用（老年代引用新生代）问题
卡表与 Remembered Set
在引用变更时通过 post-write barrier + dirty card queue
concurrent refinement threads 更新 Remembered Set
Remark
pre-write barrier + satb_mark_queue
JDK 8u20 字符串去重
优点：节省大量内存
缺点：略微多占用了 cpu 时间，新生代回收时间略微增加
-XX:+UseStringDeduplication
String s1 = new String("hello"); // char[]{'h','e','l','l','o'}
String s2 = new String("hello"); // char[]{'h','e','l','l','o'}
将所有新分配的字符串放入一个队列
当新生代回收时，G1并发检查是否有字符串重复
如果它们值一样，让它们引用同一个 char[]
注意，与 String.intern() 不一样
String.intern() 关注的是字符串对象
而字符串去重关注的是 char[]
在 JVM 内部，使用了不同的字符串表
JDK 8u40 并发标记类卸载
所有对象都经过并发标记后，就能知道哪些类不再被使用，当一个类加载器的所有类都不再使用，则卸载它所加载的所有类 -XX:+ClassUnloadingWithConcurrentMark 默认启用
JDK 8u60 回收巨型对象
一个对象大于 region 的一半时，称之为巨型对象
G1 不会对巨型对象进行拷贝
回收时被优先考虑
G1 会跟踪老年代所有 incoming 引用，这样老年代 incoming 引用为0 的巨型对象就可以在新生代垃圾回收时处理掉
JDK 9 并发标记起始时间的调整
并发标记必须在堆空间占满前完成，否则退化为 FullGC
JDK 9 之前需要使用 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent
JDK 9 可以动态调整
JDK 9 更高效的回收
预备知识
调优领域
确定目标
最快的 GC 是不发生 GC
查看 FullGC 前后的内存占用，考虑下面几个问题
数据是不是太多？
数据表示是否太臃肿？
是否存在内存泄漏？
新生代调优
新生代的特点
越大越好吗？
-Xmn
Sets the initial and maximum size (in bytes) of the heap for the young generation (nursery).GC is performed in this region more often than in other regions. If the size for the young generation is too small, then a lot of minor garbage collections are performed. If the size is too large, then only full garbage collections are performed, which can take a long time to complete.Oracle recommends that you keep the size for the young generation greater than 25% and less than 50% of the overall heap size.
新生代能容纳所有【并发量 * (请求-响应)】的数据
幸存区大到能保留【当前活跃对象+需要晋升对象】
晋升阈值配置得当，让长时间存活对象尽快晋升
-XX:MaxTenuringThreshold=threshold
-XX:+PrintTenuringDistribution
Desired survivor size 48286924 bytes, new threshold 10 (max 10)
- age 1: 28992024 bytes, 28992024 total
- age 2: 1366864 bytes, 30358888 total
- age 3: 1425912 bytes, 31784800 total
...
老年代调优
以 CMS 为例
CMS 的老年代内存越大越好
先尝试不做调优，如果没有 Full GC 那么已经…，否则先尝试调优新生代
观察发生 Full GC 时老年代内存占用，将老年代内存预设调大 1/4 ~ 1/3
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=percent
案例
案例1 Full GC 和 Minor GC频繁
案例2 请求高峰期发生 Full GC，单次暂停时间特别长 （CMS）
案例3 老年代充裕情况下，发生 Full GC （CMS jdk1.7）
一个简单的 HelloWorld.java
package org.example;
/**
* HelloWorld 示例
*/
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("hello world");
}
}
编译为 HelloWorld.class 在Idea中打开后是这个样子的：
HelloWorld.class 文件转二进制文件：
根据 JVM 规范，类文件结构如下
ClassFile {
u4 magic; //魔数
u2 minor_version; //jdk的副版本号
u2 major_version： //jdk的主版本号
u2 constant_pool_count： //常量池数量
cp_info constant_pool[constant_pool_count-1]： //常量池具体信息
u2 access_flags： //访问权限标识
u2 this_class： //类名
u2 super_class： //父类名
u2 interfaces_count： //接口数量
u2 interfaces[interfaces_count]： //接口类信息
u2 fields_count： //字段数量
field_info fields[fields_count]： //字段信息
u2 methods_count： //方法数量
method_info methods[methods_count]： //方法具体信息
u2 attributes_count： //属性数量
attribute_info attributes[attributes_count]： //属性具体信息
}
魔数
版本
常量池
| Constant Type | Value |
|---|---|
| CONSTANT_Class | 7 |
| CONSTANT_Fieldref | 9 |
| CONSTANT_Methodref | 10 |
| CONSTANT_InterfaceMethodref | 11 |
| CONSTANT_String | 8 |
| CONSTANT_Integer | 3 |
| CONSTANT_Float | 4 |
| CONSTANT_Long | 5 |
| CONSTANT_Double | 6 |
| CONSTANT_NameAndType | 12 |
| CONSTANT_Utf8 | 1 |
| CONSTANT_MethodHandle | 15 |
| CONSTANT_MethodType | 16 |
| CONSTANT_InvokeDynamic | 18 |
8~9 字节，表示常量池长度，00 22（34） 表示常量池有 #1~#33项，注意 #0 项不计入，也没有值
第#1项 0a 表示常量池中的类型，因为0a(10) 对应上面表格中的CONSTANT_Methodref 类型，所以它表示 Method 信息，00 06 和 00 14（20） 表示它引用了常量池中 #6 和 #20 项来获得这个方法的【所属类】和【方法名】
第#2项 09 表示一个 Field 信息，00 15（21）和 00 16（22） 表示它引用了常量池中 #21 和 # 22 项来获得这个成员变量的【所属类型】和【成员变量名】
第#3项 08 表示一个字符串常量名称，00 17（23）表示它引用了常量池中 #23 项
第#4项 0a 表示一个 Method 信息，00 18（24） 和 00 19（25）表示它引用了常量池中 #24 和 #25项来获得这个方法的【所属类】和【方法名】
第#5项 07 表示一个 Class 信息，00 1a（26） 表示它引用了常量池中 #26 项
第#6项 07 表示一个 Class 信息，00 1b（27） 表示它引用了常量池中 #27 项
第#7项 01 表示一个 utf8 串，00 06 表示长度，3c 69 6e 69 74 3e 是【 】
第#8项 01 表示一个 utf8 串，00 03 表示长度，28 29 56 是【()V】其实就是表示无参、无返回值
第#9项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，43 6f 64 65 是【Code】
第#10项 01 表示一个 utf8 串，00 0f（15） 表示长度，4c 69 6e 65 4e 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65是【LineNumberTable】
第#11项 01 表示一个 utf8 串，00 12（18） 表示长度，4c 6f 63 61 6c 56 61 72 69 61 62 6c 65 54 61 62 6c 65是【LocalVariableTable】
第#12项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，74 68 69 73 是【this】
第#13项 01 表示一个 utf8 串，00 18（24） 表示长度，是【Lorg/example/HeloWorld;】
第#14项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，6D 61 69 6E是【main】
第#15项 01 表示一个 utf8 串，00 16（22） 表示长度，是【([Ljava/lang/String;)V】其实就是参数为字符串数组，无返回值
第#16项 01 表示一个 utf8 串，00 04 表示长度，是【args】
第#17项 01 表示一个 utf8 串，00 13（19） 表示长度，是【[Ljava/lang/String;】
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GHE5d5zF-1679980231499)(https://pic-1307534554.cos.ap-chongqing.myqcloud.com/img/image-20230322193804022.png)]
第#18项 01 表示一个 utf8 串，00 0A（10） 表示长度，是【SourceFile】
第#19项 01 表示一个 utf8 串，00 0f（15） 表示长度，是【HelloWorld.java】
第#20项0c 表示一个 【名+类型】，00 07 00 08 引用了常量池中 #7 #8 两项
第#21项 07 表示一个 Class 信息，00 1c（28） 引用了常量池中 #28 项
第#22项 0c 表示一个【名+类型】00 1d（29） 00 1e （30）引用了常量池中 #29 #30两项
第#23项 01 表示一个 utf8 串，00 0b（11） 表示长度，是【hello world】
第#24项 07 表示一个 Class 信息，00 1F（31） 引用了常量池中 #31 项
第#25项 0c 表示一个【名+类型】00 20（32） 00 21（33）引用了常量池中 #32 #33 两项
第#26项 01 表示一个 utf8 串，00 16（22） 表示长度，是【org/example/HelloWorld】
第#27项 01 表示一个 utf8 串，00 10（16） 表示长度，是【java/lang/Object】
第#28项 01 表示一个 utf8 串，00 10（16） 表示长度，是【java/lang/System】
第#29项 01 表示一个 utf8 串，00 03 表示长度，是【out】
第#30项 01 表示一个 utf8 串，00 15（21） 表示长度，是【Ljava/io/PrintStream;】
第#31项 01 表示一个 utf8 串，00 13（19） 表示长度，是【java/io/PrintStream】
第#32项 01 表示一个 utf8 串，00 07 表示长度，是【println】
第#33项 01 表示一个 utf8 串，00 15（21） 表示长度，是【(Ljava/lang/String;)V】
访问标识与继承信息
访问标识符：
00 21 表示等价于【0x0001 + 0x0020】表示该Class是一个公共的类【public class】
| Flag Name | Value | Interpretation |
|---|---|---|
| ACC_PUBLIC | 0x0001 | Declared public ; may be accessed from outside its package. |
| ACC_FINAL | 0x0010 | Declared final ; no subclasses allowed. |
| ACC_SUPER | 0x0020 | Treat superclass methods specially when invoked by the invokespecial instruction. |
| ACC_INTERFACE | 0x0200 | Is an interface, not a class. |
| ACC_ABSTRACT | 0x0400 | Declared abstract ; must not be instantiated. |
| ACC_SYNTHETIC | 0x1000 | Declared synthetic; not present in the source code. |
| ACC_ANNOTATION | 0x2000 | Declared as an annotation type. |
| ACC_ENUM | 0x4000 | Declared as an enum type. |
类名：
00 05 表示根据常量池中 #5 找到本类全限定名
父类名：
00 06 表示根据常量池中 #6 找到父类全限定名
接口数量：
00 00 表示接口的数量，本类为 0
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qEDlWg4V-1679980231512)(https://pic-1307534554.cos.ap-chongqing.myqcloud.com/img/image-20230322211704581.png)]
Field 信息
00 00 表示成员变量数量，本类为 0
| FieldType | Type | Interpretation |
|---|---|---|
| B | byte | signed byte |
| C | char | Unicode character code point in the Basic Multilingual Plane,encoded with UTF-16 |
| D | double | double-precision flfloating-point value |
| F | float | single-precision flfloating-point value |
| I | int | integer |
| J | long | long integer |
| L ClassName ; | reference | an instance of class ClassName |
| S | short | signed short |
| Z | boolean | true or false |
| [ | reference | one array dimension |
Method 信息
方法数量:
00 02 表示方法数量，本类为 2
方法信息：
一个方法由 访问修饰符，名称，参数描述，方法属性数量，方法属性组成：
方法一：
访问修饰符： 00 01 ，本类中是 【ACC_PUBLIC 】public
方法名称：00 07 【】 代表引用了常量池 #07 项作为方法名称
参数描述：00 08 【()V】代表引用了常量池 #08 项作为方法参数描述
方法属性数量：00 01 代表方法属性数量，本方法是 1
代表方法属性：
00 09 表示引用了常量池 #09 项，发现是【Code】属性
00 00 00 2f 表示此属性的长度是 47
00 01 表示【操作数栈】最大深度 本方法是 1
00 01 表示【局部变量表】最大槽（slot）数 本方法是1
00 00 00 05 表示字节码长度，本例是 5
2A B7 00 01 B1 是字节码指令
00 00 00 02 表示方法细节属性数量，本例是 2
00 0A 表示引用了常量池 #10 项，发现是【LineNumberTable】属性
00 00 00 06 表示此属性的总长度，本例是 6
00 01 表示【LineNumberTable】长度
00 00 表示【字节码】行号 00 09 表示【java 源码】行号
00 0b 表示引用了常量池 #11 项，发现是【LocalVariableTable】属性
00 00 00 0c 表示此属性的总长度，本例是 12
00 01 表示【LocalVariableTable】长度
00 00 表示局部变量生命周期开始，相对于字节码的偏移量
00 05 表示局部变量覆盖的范围长度
00 0c 表示局部变量名称，本例引用了常量池 #12 项，是【this】
00 0d 表示局部变量的类型，本例引用了常量池 #13 项，是【Lorg/example/HeloWorld;】
00 00 表示局部变量占有的槽位（slot）编号，本例是 0
方法二：
附加属性
00 01 表示附加属性数量
00 12 表示引用了常量池 #18 项，即【SourceFile】
00 00 00 02 表示此属性的长度
00 13 表示引用了常量池 #19 项，即【HelloWorld.java】
接着上一节，研究一下两组字节码指令，一个是
public org.example.HeloWorld();构造方法的字节码指令: 2A B7 00 01 B1