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一、JVM 内存结构
线程私有
- 程序计数器：当前线程执行的字节码行号指示器，唯一不会 OOM 的区域
- 虚拟机栈：每个方法对应一个栈帧（局部变量表、操作数栈、动态链接、返回地址），默认大小 512K~1M，过深递归导致 StackOverflowError
- 本地方法栈：为 Native 方法服务，HotSpot 中与虚拟机栈合二为一
线程共享
- 堆：对象实例分配的主要区域，分为新生代（Eden + S0 + S1，默认 8:1:1）和老年代
- 方法区（元空间）：JDK8 用 Metaspace（本地内存）替代永久代，存储类信息、常量、静态变量
- 运行时常量池：方法区的一部分，存放编译期生成的字面量和符号引用
- 直接内存：NIO 的 DirectByteBuffer 分配，不受 JVM 堆大小限制，受物理内存限制
二、类加载机制
类加载过程
- 加载：通过全限定名获取二进制字节流 → 转化为方法区运行时数据结构 → 生成 Class 对象
- 验证：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证
- 准备：为类变量分配内存并设置零值（
static int a = 10 此阶段 a=0）
- 解析：符号引用替换为直接引用
- 初始化：执行
<clinit> 方法，真正赋值 static 变量、执行 static 块
双亲委派模型
- Bootstrap ClassLoader → Extension ClassLoader → Application ClassLoader → 自定义 ClassLoader
- 先委托父加载器加载，父加载器无法加载时才自己加载，保证核心类库安全
- 打破双亲委派：SPI（ServiceLoader）、OSGi、Tomcat（每个 WebApp 独立 ClassLoader）
三、垃圾回收
判断对象存活
- 引用计数法：无法解决循环引用，JVM 不采用
- 可达性分析：从 GC Roots（栈引用、静态变量、常量、JNI 引用）出发，不可达即为垃圾
- 四种引用：强引用 → 软引用（内存不足回收）→ 弱引用（下次 GC 回收）→ 虚引用（跟踪回收）
GC 算法
- 标记-清除：产生内存碎片
- 标记-复制：新生代使用，Eden + S0 → S1，空间换时间
- 标记-整理：老年代使用，标记后存活对象向一端移动
垃圾收集器
- Serial / Serial Old：单线程，Client 模式默认
- ParNew：Serial 的多线程版本，常与 CMS 搭配
- CMS：初始标记 → 并发标记 → 重新标记 → 并发清除，低停顿但有碎片
- G1：Region 分区，可预测停顿时间，JDK9 默认收集器
- ZGC：JDK15 正式可用，停顿时间 <1ms，基于染色指针 + 读屏障
四、JVM 调优
常用参数
-Xms / -Xmx：堆初始/最大大小，建议设为相同避免动态扩容-Xmn：新生代大小；-XX:MetaspaceSize：元空间初始大小-XX:+UseG1GC：启用 G1；-XX:MaxGCPauseMillis=200：目标停顿时间-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：OOM 时自动 dump 堆快照
故障排查工具
jps：查看 Java 进程；jstat -gcutil：GC 统计jmap -dump:format=b,file=heap.hprof：导出堆快照jstack：线程快照，排查死锁和线程阻塞- Arthas：阿里开源诊断工具，支持 dashboard / thread / trace / watch 等命令
五、JIT 编译与优化
- 解释执行 vs 编译执行：HotSpot 采用混合模式，热点代码触发 JIT 编译为本地机器码
- 热点探测：方法调用计数器（默认阈值 10000 次）+ 回边计数器（循环体）
- C1 / C2 编译器：C1 快速编译（Client），C2 深度优化（Server），分层编译结合两者
- 常见优化：方法内联、逃逸分析（栈上分配、标量替换）、锁消除、循环展开