一、 什么是JVM

定义
Java Virtual Machine，JAVA程序的运行环境（JAVA二进制字节码的运行环境）

好处

• 一次编写，到处运行
• 自动内存管理，垃圾回收机制
• 数组下标越界检查

比较
JVM JRE JDK的区别

学习 JVM 有什么用？

面试必备
中高级程序员必备
想走的长远，就需要懂原理，比如：自动装箱、自动拆箱是怎么实现的，反射是怎么实现的，垃圾回收机制是怎么回事等待，JVM 是必须掌握的。

常见的 JVM

我们主要学习的是 HotSpot 版本的虚拟机。

JVM整体架构

二、内存结构

1、程序计数器

Program Counter Register 程序计数器（寄存器）

1.1 作用

• 解释器会解释指令为机器码交给 cpu 执行，程序计数器会记录下一条指令的地址行号，这样下一次解释器会从程序计数器拿到指令然后进行解释执行。
• 多线程的环境下，如果两个线程发生了上下文切换，那么程序计数器会记录线程下一行指令的地址行号，以便于接着往下执行

1.2 特点

• 线程私有

  1、CPU会为每个线程分配时间片，当当前线程的时间片使用完以后，CPU就会去执行另一个线程中的代码。
  2、程序计数器是每个线程所私有的，当另一个线程的时间片用完，又返回来执行当前线程的代码时，通过程序计数器可以知道应该执行哪一句指令。

• 不会存在内存溢出

2、虚拟机栈

2.1 定义

• 每个线程运行需要的内存空间，称为虚拟机栈
• 每个栈由多个栈帧组成，对应着每次调用方法时所占用的内存
• 每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的方法

代码演示

package com.ali.jvm;
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        method1();
    }
    private static void method1() {
        method2(1, 2);
    }
    private static int method2(int a, int b) {
        int c = a + b;
        return c;
    }
}

在控制台中可以看到，主类中的方法在进入虚拟机栈的时候，符合栈的特点，每一个方法都是一个栈帧，最先进入的方法是main方法，所以main方法对应的栈帧压在最下面，最后进的方法是method2，所以method2对应的栈帧在最上面
2.2 问题辨析

• 垃圾回收是否涉及栈内存？

  不需要。因为虚拟机栈中是由一个个栈帧组成的，在方法执行完毕后，对应的栈帧就会被弹出栈。所以无需通过垃圾回收机制去回收内存。

• 栈内存的分配越大越好吗？

  不是。因为物理内存是一定的，栈内存越大，可以支持更多的递归调用，但是可执行的线程数就会越少。

• 方法内的局部变量是否是线程安全的？

  如果方法内局部变量没有逃离方法的作用范围，则是线程安全的
  如果如果局部变量引用了对象，并逃离了方法的作用范围，则需要考虑线程安全问题

2.3 栈内存溢出
Java.lang.stackOverflowError 栈内存溢出

发生原因

• 虚拟机栈中，栈帧过多（无限递归）
• 每个栈帧所占用过大

代码演示1：

package cn.itcast.jvm.t1.stack;

/**
 * 演示栈内存溢出 java.lang.StackOverflowError
 * -Xss256k
 */
public class Demo1_2 {
    private static int count;

    public static void main(String[] args) {
        try {
            method1();
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println(count);
        }
    }
    private static void method1() {
        count++;
        method1();
    }
}

图上所示就是无限递归，当调用了一万八千多次之后，出现栈内存溢出

代码演示二：

package cn.itcast.jvm.t1.stack;

import com.fasterxml.jackson.annotation.JsonIgnore;
import com.fasterxml.jackson.core.JsonProcessingException;
import com.fasterxml.jackson.databind.ObjectMapper;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

/**
 * json 数据转换
 */
public class Demo1_19 {

    public static void main(String[] args) throws JsonProcessingException {
        Dept d = new Dept();
        d.setName("Market");

        Emp e1 = new Emp();
        e1.setName("zhang");
        e1.setDept(d);

        Emp e2 = new Emp();
        e2.setName("li");
        e2.setDept(d);

        d.setEmps(Arrays.asList(e1, e2));

        // { name: 'Market', emps: [{ name:'zhang', dept:{ name:'', emps: [ {}]} },] }
        ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
        System.out.println(mapper.writeValueAsString(d));
    }
}

class Emp {
    private String name;
//    @JsonIgnore
    private Dept dept;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public Dept getDept() {
        return dept;
    }

    public void setDept(Dept dept) {
        this.dept = dept;
    }
}
class Dept {
    private String name;
    private List emps;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public List getEmps() {
        return emps;
    }

    public void setEmps(List emps) {
        this.emps = emps;
    }
}

2.4 线程运行诊断
案例一：CPU占用过高
解决方法：Linux 环境下运行某些程序的时候，可能导致 CPU 的占用过高，这时需要定位占用 CPU 过高的线程

1、top 命令，查看是哪个进程占用 CPU 过高
2、ps H -eo pid, tid（tid是线程id的意思）, %cpu | grep 刚才通过 top 查到的进程号 通过 ps 命令进一步查看是哪个线程占用 CPU 过高
3、jstack 进程 id 通过查看进程中的线程的 nid ，刚才通过 ps 命令看到的 tid 来对比定位，注意 jstack 查找出的线程 id 是 16 进制的，需要转换。

代码演示：

package cn.itcast.jvm.t1.stack;

/**
 * 演示 cpu 占用过高
 */
public class Demo1_16 {

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(null, () -> {
            System.out.println("1...");
            while(true) {

            }
        }, "thread1").start();


        new Thread(null, () -> {
            System.out.println("2...");
            try {
                Thread.sleep(1000000L);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, "thread2").start();

        new Thread(null, () -> {
            System.out.println("3...");
            try {
                Thread.sleep(1000000L);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, "thread3").start();
    }
}

先用javac命令编译Demo1_16.java文件，然后在项目根目录下执行nohup java cn.itcast.jvm.t1.stack.Demo1_16 &命令，再用top命令查看

再用ps H -eo pid,tid,%cpu | grep 24634命令，得到是线程24662的cpu占用率为98.9%

再用命令jstack 24634 得到如下图：

3、本地方法栈

一些带有native关键字的方法就是需要JAVA去调用本地的C或者C++方法，因为JAVA有时候没法直接和操作系统底层交互，所以需要用到本地方法
例如：Object类中由很多这样的方法

4、堆

定义：通过new关键字创建的对象都会被放在堆内存
特点：

• 所有线程共享，堆内存中的对象都需要考虑线程安全问题
• 有垃圾回收机制

堆内存溢出
代码演示：

package cn.itcast.jvm.t1.heap;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 演示堆内存溢出 java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
 * -Xmx8m
 */
public class Demo1_5 {

    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        try {
            List list = new ArrayList<>();
            String a = "hello";
            while (true) {
                list.add(a); // hello, hellohello, hellohellohellohello ...
                a = a + a;  // hellohellohellohello
                i++;
            }
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println(i);
        }
    }
}

堆内存诊断的几种工具

• jps工具：查看当前系统中由哪些java进程
• jmap工具：查看堆内存占用情况
• jconsole工具：图形界面的，多功能的检测工具，可以连续监测