1.内存划分

按线程是否共享分成两大类

线程私有

1. 程序计数器

作用：记录当前线程执行到哪一行字节码，行号指示器

特点：唯一不会OOM的区域

2. 虚拟机栈

作用：每个方法执行时，都创建一个栈帧入栈，存局部变量，方法调用信息，执行完毕后出栈

常见异常：StackOverflowError 栈溢出，递归调用过多，方法引用过长，方法过大

• 栈空间也可能OOM，线程开太多，每个线程一个栈，内存超出

3. 本地方法栈

作用：专门给native本地方法用的栈，和虚拟机栈本质一样

同样会爆栈溢出，OOM

线程共享

4. 堆（heap）--GC主战场

作用：存放所有对象实例和数组的地方，JVM最大的一块内存区域 特点：垃圾回收，容易OOM处

分代逻辑：新生代（Eden+survivor * 2,8:1:1）+ 老年代

5. 元空间（metaspace）原永久代

作用：存类的元信息，常量，即时编译后的代码等

特点：原永久代（占用jvm内存），jdk8替换为元空间，直接用本地物理内存

2.垃圾回收（GC）

如何找出哪些部分可回收

引用计数法（不用）

被引用则计数器+1，循环引用时无法回收。

可达性分析算法

定义一个GCRoot，基于GCRoot，顺着引用链，顺藤摸瓜找到全部引用，剩下的就是未引用部分，可回收

GCRoot包含哪些内容

• 虚拟机栈里引用的对象（局部变量）

• 方法区静态变量，常量引用的对象

• 本地方法栈引用的对象

引用类型

强引用

• new关键字创建的对象，GCRoot没有引用到才回收

• 使用场景：普通new对象

软引用

• SoftReference<>，内存不足时会GC

• 可配合引用队列释放

• 使用场景：内存敏感的缓存

弱引用

• WeakReference<>，触发垃圾回收的时候就会GC

• 可配合引用队列释放

• 使用场景：ThreadLocal，临时性缓存

虚引用

• PhantomReference<>，不影响对象的存活，设置它是为了在GC的时候获得系统通知

• 直接内存就是使用到了虚引用做回收通知，需要Cleaner到引用队列，调用UnSafe类，freeMemory来回收掉

• 必需配合引用队列来使用

• 使用场景：堆外内存回收通知

终结器引用

• 对象继承自Object，且没有关联其他引用，会入到Finalizer守护队列，调用finalize()方法时执行GC，

• 若调用时重新被引用，则不会GC掉，不建议使用

引用队列

// 使用：作为参数放入
ReferenceQueue<T&gt; queue = ReferenceQueue<T&gt;();
SoftReference<T&gt; ref = new SoftReference(T,queue);

* 垃圾回收算法

标记-清除（CMS老年代）

• 标记存活，清除未存活对象

• 清理效率不高，容易产生碎片

标记-整理（Serial Old/Parallel Old 老年代）

• 标记存活，存活对象放到一端，清理另一端

• 内存空间连续，需要移动对象，效率低

复制（新生代）

• 内存划为两块，每次使用其中一块

• 把存活对象复制到另一块，清理原来块

• 本质是空间换效率。

分代回收

• 新生代（复制）

• 老年代（标记-清除/标记-整理）

相关VM参数

含义	参数
堆初始大小	-Xms，默认是本机内存的1/64
堆最大大小	-Xmx
新生代大小	-Xmn
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(多少次进入老年代)	-XX:MaxTenuringThreshold=threshold
晋升详情	-XX:+PrintTenuringDistribuiton
GC详情	-XX:+PrintGCDetails -verbose:gc
FullGC前MinorGC	-XX:+ScavengeBeforeFullGC

垃圾回收器

• 根节点枚举（GCRoot）

• 安全点（在执行gc时防止引用改变，跑到这个点才能执行STW（stop the world），例如方法调用，循环跳转等）

• 安全区域（用户线程，可以主动响应安全标识）

• 记忆集和卡表（记录跨代引用和跨区引用的指针集合，避免有的对象存活在老年代，还需要扫描整个老年代），卡表是记忆集的实现之一

• 写屏障（维护卡表用，避免脏数据）

按使用类型分类

串行

单线程，堆内存较小

• Serial，Serial Old

吞吐量优先

多线程，堆内存较大，尽可能让单次时间内的stw时间最短（stw次数少）

• Parallel GC ParallelOldGC

响应时间优先

多线程，堆内存较大，尽可能让每次stw时间最短（stw次数多，响应快）

• CMS ParNewGC（配合CMS老年代）

G1(jdk9默认，jdk8可开启)

ZGC(jdk11实验，jdk15+正式使用)

3. 类加载机制

java初期一次编写到处运行，先编译成class字节码文件，再让jvm来执行class字节码文件

字节码文件结构

• 魔数：标识文件类型

• 常量池：存放变量/方法，属性，类型，名称

• 访问标志：访问类型，类/接口，public/private，是否final

• 类，父类,接口索引

• 字段表属性

• 方法表属性

• 属性表属性

类加载机制

加载

找到类的二进制字节流，生成class类文件到内存

连接

1. 验证

   验证文件合法性

2. 准备

   准备类的静态变量，赋初始默认值（非程序员的赋值），static final 赋初始值，static赋0值，也就是static在类加载时初始化一次（不包括实例变量）

3. 解析

   类中的符号引用替换为直接引用（具体指针）

初始化【类主动使用时执行】

类加载器< cinit >()方法

执行静态语句块

类中所有赋值操作

初始化时机【就是用到这个类了】：

• 创建实例

• 访问静态变量或赋值

• 调用类静态方法

• 反射

• 初始化某个类的子类

• jvm启动时标注，java.exec运行某个类

使用

类访问方法区中的数据结构的接口，对象在堆区

卸载

该类所有实例、类加载器、Class 对象全部无 GC Roots 引用时

---

类加载器

• 启动类加载器

  • java.，javax. sun. 等开头，rt.jar下所有核心

• 扩展类加载器

  • java.x.等开头，java.ext.dirs下的jar

• 应用程序类加载器

  • 不自定义则是默认的类加载器

• 自定义类加载器

  • 用户自定义类加载器，可定制

class.forName()和ClassLoader.loadClass()对比

class.forName()	ClassLoader.loadClass()
加载到jvm中，解析并初始化	加载到jvm，只有加载 连接[ 验证 准备]，不执行[解析]，初始化，newInstance()才执行初始化
name,initialize,loader 带参数，可控制是否加载static块

机制：

全盘负责，负责该类下所有依赖和引用的

双亲委派/父类委托，没有的类先让父类尝试加载,父类加载不了才让子类加载

缓存机制，缓存已加载过的类

jdk9引入模块化

JMM内存模型和并发问题

java线程《-》工作内存《-》内存交互《-》主存

lock/unlock，锁定/解锁

read/load，读取/加载

use/assign，使用/赋值

store/write，存储/写入

volatile

• 保证变量在所有线程的可见性，值在修改后立马同步给主内存

• 读写前后加内存屏障，防止指令重排序，强制顺序执行

多线程的运算操作非原子性，仍然会有并发问题

指令重排

1. 分配内存空间

2. 初始化对象

3. 对象引用指向内存空间的地址

2，3可能乱序，导致多线程拿到null

并发三要素

可见性

修改在其他线程立即可见

原子性

访问和读写操作原子性

有序性

执行顺序有序

线程安全

• 不可变

• 绝对线程安全

• 相对线程安全（大部分场景）

• 线程兼容（普通ArrayList通过加synchronzied）

• 线程对立（线程是否同步都无法线程安全）

实现线程安全

• 互斥同步（synchronzied，reentrant lock）我用的时候其他人卡着

• 非阻塞同步（CAS，compareandswap，native方法，比较交换，底层封装cpu硬件指令，原子性）

  • Automic包，UnSafe下的CAS

  ABA问题，A改成B再改成A，CAS检测不到，解决方案：AtomicStampedReference（引用类型）AtomicMarkableReference /版本号自增（基础类型）

• 无同步方案（栈封闭，本地线程，不共享）

其实仍然是锁相关，乐观悲观，或者干脆线程私有