一、制造各种溢出的场景

• Java堆溢出：

  • 操作：不停向List中add数据
  • 参数：-Xmx -Xms

• 虚拟机和本地方法栈溢出：

  • 操作：无限递归
  • 参数：-Xss
  • Tips：单线程情况下内存无法分配都提示StackOverflowError
  • 如果是建立多线程导致内存溢出，在线程数量无法减少的情况下，可以减少最大堆容量和栈容量来优化

• 方法区和运行时常量池溢出：

  • 操作：无限String.intern
  • 参数：-XX:PermSize
  • Tips：JDK1.7中，intern方法不会再复制实例，只在常量池中记录首次出现的实例。对于Str.intern()==Str的结果，可能为true（首次出现）或者false（非首次出现时）

• 本机直接内存溢出：

  • 操作：递归调用unsafe.allocateMemory(x)
  • 参数：-XX：MaxDirectMemorySize

二、回收方法

• 堆回收：可达性分析（从GC Roots到这个对象不可达）

• 哪些是GC roots：

  • 虚拟机栈中局部变量表中的对象
  • 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
  • JNI引用的对象

• 引用类型的种类：

  • 强引用：普遍存在，回收不了
  • 软引用：快溢出异常时会回收一波
  • 弱引用：一旦发生GC就干掉
  • 虚引用：有虚引用的话回收有个通知，最弱

• 方法区回收：

  • 废弃常量：当前没有对象引用的常量
  • 无用的类：
    • 该类的所有实例都已经被回收
    • 加载该类的ClassLoader已经被回收
    • 该类的java.lang.Class没有在任何地方被使用（反射）
  • 特例：-127到127的int类型，缓存在其中

三、HotSpot实现

• 准确性GC：使用一组OopMap得知哪些地方存放对象引用，加快了GC Roots的枚举

• SafePoint：程序只有在到达安全点时才能开始GC

  • 抢先式中断：中断所有线程，如果有不在安全点的线程，恢复之让其到达安全点
  • 主动式中断：设置中断标志，各个线程主动轮询

• SafeRegion：安全区域，解决挂起线程的中断问题

• Serial收集器：简单高效，适合Client
• ParNew收集器：多线程并发的收集器

• CMS垃圾收集器：

  • 初始标记：需要STW，速度快
  • 并发标记：时间较久
  • 重新标记：需要STW，修正并发标记期间的一些变化
  • 并发清除：真正进行垃圾收集
  • 缺点：CPU资源敏感；浮动垃圾无法处理；基于标记清除，会产生内存碎片

• G1垃圾收集器

四、内存分配与回收策略

• 对象优先在Eden区分配

  • MinorGC：新生代的较为频繁的GC，时间短
  • MajorGC：老年代GC

• 大对象直接进入老年代

  • 避免Eden和Survivor之间发生大量复制
  • 代码编写时应避免短命的大对象

• 长期存活的对象进入老年代

  • 新生代中熬过一次MinorGC增加年龄一次
  • 动态年龄判断：相同年龄所有对象大小超过Survivor的一半

• 空间分配担保

  • 处理MinorGC后剩余过多，其中一个Survivor放不下的问题

五、类加载机制

• 加载：

  • 通过类的全限定名得到二进制流
  • 将字节流代表的静态存储结构转为方法区的运行时数据结构
  • 内存中生成一个java.lang.Class对象，作为方法区类的数据的访问入口

• 验证：确认字节流信息符合虚拟机要求

  • 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，设定初始值

• 解析：符号引用
• 初始化：
  • 静态语句块只能访问定义在块前的变量，定义在之后的变量，在静态语句块中只能定义不能访问
  • 父类静态-子类静态-父类赋值-子类赋值

六、类加载器

• 类的唯一性：需要类和加载类的加载器一同确定

• 双亲委派模型：除了顶层类加载器，其他都需要有自己的父类加载器（非继承，而是组合）

  • 启动类加载器：\lib目录下且虚拟机识别的类库
  • 扩展类加载器：\lib\ext目录
  • 应用程序类加载器
  • 工作过程：尽可能委派给父类加载器完成，父加载器反馈无法完成时再自己动手
  • 好处：给类赋予了层次关系，例如保证了Object类的稳定

• 破坏双亲委派模型

  • JNDI接口：线程上下文类加载器
  • OSGi环境：网状结构

七、虚拟机字节码执行引擎

• 栈帧：

  • 局部变量表：基本单位为变量槽Slot
  • 操作数栈：LIFO后入先出
  • 动态连接
  • 返回地址：保存PC计数器的值

• 方法重载（静态分派）

  • 如果没有合适的方法，则向上转型
  • 变长参数的优先级最低

• 方法重写（动态分派）

• （目前）静态多分派，动态单分派

八、Java语法糖

• 泛型：在Java中的实现实际上会出现类型擦除

• 泛型与重载：

  • 返回值相同时无法重载（原因：类型擦除）
  • 返回值不同时可勉强重载（描述符不是完全一致则可以共存），大部分编译器选择拒绝

• 自动装箱/拆箱

  • 包装类重写了equals方法，需要类型和内容都一致
  • Integer使用一个内部静态类中的一个静态数组保存了-128-127范围内的数据，两个同值的Integer对象做==操作，可能为true或者false

• 条件编译：只能使用条件为常量的if语句

九、先行发生

• 时间先后与先行发生并没有关联
• 改写使线程安全：
  • 添加volatile适用volatile变量规则
  • 添加synchronized适用管程锁定规则

十、线程安全

• 定义：多线程访问一个对象，不需要进行额外的协调和同步，可以获得正确的结果。也就是说代码本身封装了保障的手段，调用方无须关心线程问题，也不用自己额外采取措施来进行保障
• 安全程度：
  • 不可变：final修饰
  • 绝对线程安全：需要完全满足定义，很困难
  • 相对线程安全：线程安全类Vector在两个线程中分别get和delete时，仍然需要同步
  • 线程兼容：常见的HashMap等集合
  • 线程对立：无论是否采取同步措施都无法在多线程环境下并发使用

十一、线程安全实现

• 互斥同步：加锁、synchronized
• 非阻塞同步：CAS操作等
• 无同步：可重入代码（任何时候中断，转而执行其他代码，控制权返回后不会出错）一定是线程安全的，线程安全不一定可重入
• 线程本地存储：ThreadLocal类实现。每个线程的Thread对象中都有一个ThreadLocalMap对象，存储了一组以threadLocalHashCode为键，本地变量为值的K-V对

十二、锁优化

• 自旋锁：（挂起和恢复线程消耗大）等待锁的请求做一个忙循环，期待占有锁的线程很快释放。通过”自适应“变得更加智能。
• 锁消除：（堆上所有数据不会被其他线程访问到）根据逃逸分析判断，可以无视掉代码里要求的同步
• 锁粗化：（一串连续动作反复加锁解锁）锁粗化到操作序列的外部
• 轻量级锁：如果同步周期内存在锁竞争，反而消耗更大
• 偏向锁：偏向于第一个获得锁的线程。如果大多数锁被多个不同线程访问，则偏向锁反而不好。