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【JVM篇】二、JVM进行篇

【JVM篇】目录：

01 结合字节码指令深入理解Java虚拟机栈和栈帧

Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型。每个Java方法执行的时候都会创建一个栈帧。

每个栈帧中包括局部变量表(Local Variables)、操作数栈（Operand Stack）、指向运行时常量池的引用（A reference to the run-time constant pool）、方法返回地址（Return Address）和附加信息。

局部变量表：方法中定义的局部变量以及方法参数存储在这张表中

局部变量中的变量不可直接使用，如需要使用的话，必须通过相关指令将其加载至操作数栈中作为操作数使用。

操作数栈：以压栈和出栈 的方式存储操作数

动态链接：每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接。

方法返回地址：当一个方法开始执行后，只有两种方式可以退出，一种是遇到方法返回的字节码指令；另一种是遇见异常，并且这个异常没有在方法体内得到处理。

class Person{
       private String name="Jack";    private int age;    private final double salary=100;    private static String address;    private final static String hobby="Programming";    public void say(){
           System.out.println("person say...");    }    public static int calc(int op1,int op2){
           op1=3;        int result=op1+op2;        return result;    }    public static void order(){
               }    public static void main(String[] args){
           calc(1,2);        order();        }}

Compiled from "Person.java"class Person {
   	...	public static int calc(int, int);        Code:    0: iconst_3 //将int类型常量3压入[操作数栈]    1: istore_0 //将int类型值存入[局部变量0]    2: iload_0 //从[局部变量0]中装载int类型值入栈    3: iload_1 //从[局部变量1]中装载int类型值入栈    4: iadd //将栈顶元素弹出栈，执行int类型的加法，结果入栈        【For example, the iadd instruction (§iadd) adds two int values together. It        requires that the int values to be added be the top two values of the operand stack, pushed        there by previous instructions. Both of the int values are popped from the operand stack.        They are added, and their sum is pushed back onto the operand stack. Subcomputations may be        nested on the operand stack, resulting in values that can be used by the encompassing        computation.】    5: istore_2 //将栈顶int类型值保存到[局部变量2]中    6: iload_2 //从[局部变量2]中装载int类型值入栈    7: ireturn //从方法中返回int类型的数据	...}

1.1 例子1-栈指向堆

如果在栈帧中有一个变量，变量为引用类型，比如Object obj = new Object()。这就是典型中的栈中元素指向堆中的对象。

1.2 例子2-方法区指向堆

方法中存放了类的信息、常量、静态变量、JTT编译后的代码数据。类似private static Object obj = new Object();

1.3 堆指向方法区

方法区中会包含类的信息，堆中会有对象，那么怎么知道对象是哪个类创建的呢？

02 深入理解Java的堆内存模型

思考 ：一个对象怎么知道它是由哪个类创建出来的？怎么记录？这就需要了解一个Java对象的具体信息。

2.1 Java对象内存布局

一个Java对象在内存中包括3个部分：对象头、实例数据和对齐填充。

2.2 堆的内存模型

内存模型分为两块：一块是非堆区，一块是堆区。

堆区分为两大块：一块是Young区（新生代），一块是Old区（老年代）。

Young区分为两大块：一个是Survivor区(s0+s1)，一个是Eden区。其中s0和s1一样大，也被称为From Survivor空间和To Survivor空间。 Eden:s0:s1=8:1:1。

2.2.1 对象创建的区域

一般情况下，新创建的对象都会被分配到Eden区，一些特殊大的对象会被直接分配到Old区。

比如有对象A，B，C等创建在Eden区，但是Eden区的内存空间非常有限，比如有100M，假如已经使用了100M或者达到了一个设定的临界值，这时候就需要对Eden内存空间进行清理，即垃圾收集(Garbage Collect)，这样的GC称之为Minor GC，Minor GC指的是Young区的GC.

经过GC之后，有些对象就会被清理掉，有些对象可以还存活，对于存活着的对象需要将其复制到Survior区，然后再清空Eden区中的这些对象。

2.2.2 Survior区详解

Survivor区分为两块S0和S1,也可以叫做From Survior空间和To Survior空间。

在同一个时间点上，S0和S1只能有一个区有数据，另外一个区是空的。

接着上面的Minor GC来说，比如现在只有Eden区和From中有对象，To是空的。

此时再进行一次GC操作，From区中对象的年龄会+1，Eden区中的所有存活对象会被复制到To区，From区中还能存活的对象会有两个去处。

若对象年龄达到之前设置好的年龄阈值后，那么From区中的对象会被移动到Old区。如果Eden区和From区没有达到阈值的对象会被赋值到To区。此时Eden区和From区已经被清空了。（被GC的对象肯定没了，没有被GC的对象都有了各自的去处。）

这时候From和To互换角色，之前的From变成了To，之前的To变成了From。

从而保证了名为To的Survior的区域是空的。

Minor GC会一直重复这样的过程，直到To区被填满，然后会将所有对象复制到老年代中。

2.2.3 Old区详解

从上面的分析可以看出，一般Old区都是年龄比较大的对象，或者相对超过了某个阈值的对象。 在Old区也会有GC的操作，Old区的GC我们称作为Major GC。

2.2.4 常见问题

问题1：堆为什么要分区？

堆之所以要分区是因为：Java程序中不同对象的生命周期不同，70%-99%的对象都是临时对象，这类对象在新生区“朝生夕死”。如果没有分区，GC搜集垃圾需要对整个堆内存进行扫描；分区后，回收这些“朝生夕死”的对象，只需要在小范围的区域中（新生区）搜集垃圾。所以，分区的唯一理由就是为了优化GC性能。

问题2：为什么需要Survior区？只有Eden区不行吗？

Survior的存在意义，就是减少被送到老年代的对象，进而减少Fll GC的发生，Survivor的预筛选保证，只有经历16次Minor GC还能在新生代中存活的对象，才会被送到老年代当中。

设置Survivor区的目的便是为了减少送到老年代的对象。

问题3：为什么需要两个Survior区？

最大的好处就是解决了碎片化。也就是说为什么一个Survivor区不行?第一部分中,我们知道了必须设置Survivor区。假设 现在只有一个Survivor区,我们来模拟一下流程: 刚刚新建的对象在Eden中,一旦Eden满了,触发一次Minor GC,Eden中的存活对象就会被移动到Survivor区。这样继续循 环下去,下一次Eden满了的时候,问题来了,此时进行Minor GC,Eden和Survivor各有一些存活对象,如果此时把Eden区的 存活对象硬放到Survivor区,很明显这两部分对象所占有的内存是不连续的,也就导致了内存碎片化。 永远有一个Survivor space是空的,另一个非空的Survivor space无碎片。

问题4：新生代的内存比例为什么是8:1:1？

GC是统计学测算出来当内存使用超过98%以上时，内存就应该被minor GC回收一次。但是在实际应用中，我们不能较真的给它们留下2%。即当内存使用达到98%时才GC就有点晚了，而是应该多预留10%的内存空间，而这预留下来的空间称之为S区。S区是用来存储新生代GC存活下来的对象，而新生代GC算法使用的是复制回收算法。

实际上GC发生在，新生代内存使用达到90%的时候开始进行的，复制存活的对象到S0区，GC结束后在S0区存活下来的对象，再下次GC的范围是eden和S0区，把这两部分存活的放入S1区，再进行交换。循环往复。而这里的eden区和其中的s区合起来就是90%，GC就是清理它们，而始终保持其中一个S区是空留的。

这样做的保证了GC算法的高效，只存在少量存活的对象，只需复制少量存活的对象，远远比标记和标记整理高效的多。

补充知识点：如何判断对象存活可用？

如何判断对象存活可用，用可达性分析法来判断：通过一系列称为GCRoot对象做起点，从这些节点往下搜索，搜索所走过的路称为引用链，如果一个对象在引用链上，那么就是可达的，这种对象就需要存活下来。

而其中作为GC Roots的对象通常包括以下几种：

• 当前虚拟机栈中局部变量中的引用对象；
• 当前本地方法栈中局部变量表中的引用对象；
• 方法区中类静态属性引用的对象；
• 方法区中常量引用的对象；

问题5：如何理解Minor/Major/Full GC?

• Minor GC：新生代
• Major GC：老年代
• Full GC：新生代+ 老年代

2.2.5 对象在内存中的漂流记

我是一个普通的Java对象,我出生在Eden区,在Eden区我还看到和我长的很像的小兄弟,我们在Eden区中玩了挺长时间。有 一天Eden区中的人实在是太多了,我就被迫去了Survivor区的“From”区,自从去了Survivor区,我就开始漂了,有时候在 Survivor的“From”区,有时候在Survivor的“To”区,居无定所。直到我18岁的时候,爸爸说我成人了,该去社会上闯闯 了。 于是我就去了年老代那边,年老代里,人很多,并且年龄都挺大的,我在这里也认识了很多人。在年老代里,我生活了20年(每次 GC加一岁),然后被回收。

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