【Java】快速入门JVM

1. JVM简介

JVM（Java虚拟机）是一个名字为Java的进程,是用于执行Java程序的虚拟机。

JVM会从操作系统中申请一大块内存空间,又把这个内存空间划分成为几个小的区域

区域的划分:

1. 堆
2. 方法区
3. 栈(Java虚拟栈和本地方法栈)
4. 程序计数器
5. 运行时常量池

代码中的局部变量是放在栈上的,成员变量放在堆上,静态变量放在方法区中,程序计数器放的是下一个要执行的指令地址

一个JVM进行中,堆和方法区只有一份,单栈和程序计数器,每个线程都有自己的一份

补充: 方法区的概念是jdk1.8之前的叫法,而jdk1.8之后没有方法区了,而多了个元数据区.

方法区是JVM申请内存中划分出的一个区域,而元数据区时是用的本地内存

2. 类加载简介

类加载是JVM将类的字节码加载到内存中，并进行验证、准备和解析的过程。也就是源代码(.java)文件编译成字节码文件(.class)

3. 类加载的过程

类加载的过程大致分为以下几步:

1. 加载
2. 加载
   • 验证
   • 准备
   • 解析
3. 初始化

加载：加载是将类的字节码文件加载到内存中的过程。

验证：验证是确保类的字节码符合Java虚拟机规范的过程。

准备: 给类中的静态变量分配内存空间

解析: 初始化字符串常量,把符号引用(占位符)替换成直接引用(内存地址)

初始化：初始化是执行类的初始化代码的过程。

什么时候进行类加载呢?

使用到一个类的时候,就触发类加载(类不一定是程序已启动就加载了,第一次使用时才加载),有点类似于"懒汉模式"

4. 双亲委派

双亲委派是Java类加载器的一种机制，用于保证类的加载安全和避免重复加载。

在讲双亲委派之前,先来了解类加载器

Java类加载器主要有以下几种类型：

1. 启动类加载器（Bootstrap Class Loader）：它是JVM的内置类加载器，负责加载Java标准库中的类
2. 扩展类加载器（Extension Class Loader）：它是Java平台提供的标准类加载器之一，用于加载Java扩展库（如javax包中的类）和Java虚拟机的扩展部分。
3. 应用程序类加载器（Application Class Loader）：也称为系统类加载器（System Class Loader），它是加载应用程序类的默认加载器。应用程序类加载器加载应用程序类路径上的类，即开发人员编写的类和第三方类库。

上述三个类加载器存在父子关系,启动类加载器是扩展类加载器的父类,扩展类加载器是应用程序类加载器的父类

进入类加载的时候,输入的内容是全限定类名,加载的时候从Application Class Loder开始. 即当一个类加载器收到加载类的请求时，它会先委派给父类加载器，只有在父加载器找不到该类的情况下，才会自己加载。如果一直找到最下面的"Application Class Loder"也没有找到,就会抛出一个"类没找到"这样的异常

按照这个顺序的加载最大的好处就是如果子定义的类和Java标准库的类冲突了,此时仍然保留类加载可以加载到标准库中的类

5. GC垃圾回收

GC垃圾回收是Java虚拟机（JVM）自动管理内存的过程。它通过自动识别和回收不再使用的对象，释放内存资源，并提供了内存管理的机制，使开发人员无需手动进行内存释放。

在学习C语言时,有个关键字叫 malloc(动态内存申请),它的内存释放时机是不确定的,需要使用的free进行释放.如果不进行free,这个内存就会一直持续到程序结束. 如果忘记释放,就可能会造成"内存泄漏"

而在Java中，当对象不再被引用时，它们变成了垃圾。垃圾回收器负责扫描程序的内存，找出这些不再被引用的对象，并将它们的内存空间回收，以便后续的对象可以使用。

GC垃圾回收机制基本上可以把内存泄漏问题解决的差不多,但GC也并不是完美的,GC有个STW(stop the world)问题

STW指的是垃圾回收过程中，应用程序的执行被暂停停止的情况。在STW期间，所有的应用线程都会被挂起，直到垃圾回收完成。

STW问题可能会对应用程序的性能和响应时间产生影响，特别是在大型内存或高并发场景下。应用程序的执行会被中断，可能导致暂停时间较长，从而影响系统的实时性和用户体验。

GC垃圾回收主要会受到是哪些内容呢? 答案是堆,且GC中回收内存,不是以"字节"为单位进行回收的,而是以"对象"为单位回收.

GC怎么判断某个对象是否是垃圾呢?

假设有一个对象,如果已经没有任何引用能够指向它了,说明对象自然就无法再被使用了

两种典型的判定对象是否存在引用的方法:

1. 引用计数(不是JVM采取的办法)
   • 引用计数的优点: 简单,容易实现,执行效率比较高
   • 引用计数的却嗲: 空间利用率低,可能会出现循环引用的情况
2. 可达性分析(JVM采取的办法)

在Java中，GC通过根对象作为起点，查找所有与根对象直接或间接相连的对象，这些对象被称为可达对象，它们是程序中仍然被引用的对象。与根对象没有引用链相连的对象被认为是不可达的，它们将被垃圾回收器标记为可回收的对象。

6. JVM的回收方式

共有以下几种方式:

1. 标记清除: 标记-清除是最基本的垃圾回收算法。它分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。在标记阶段，垃圾回收器标记所有可达的对象，将其标记为存活对象。在清除阶段，垃圾回收器清除未被标记的对象，释放它们占用的内存空间。
2. 复制算法:将内存分为两个区域，一次只使用其中一个区域。在对象存活后，将其复制到未使用的区域中，然后清除旧区域中的所有对象。复制算法适用于对象存活率较低的场景，因为需要较大的内存空间来进行复制。
3. 标记整理: 标记-整理算法结合了标记-清除和复制算法的特点。它首先标记所有可达对象，然后将存活对象向一端移动，并清除未移动的内存空间。标记-整理算法适用于对象存活率较高的场景。

7. 分代回收

上述三种方式,虽然都可以实现GC回收,但都会存在一些问题. 因此在使用时,就需要根据不同的场景,采取不同的策略.
所以有引入的一个新的垃圾回收机制-“分代回收”

分代回收:分代算法是基于对象生命周期的假设，将内存分为不同的代，一般分为新生代和老年代。新生代中的对象生命周期短暂，采用复制算法进行回收；而老年代中的对象生命周期较长，采用标记-清除或标记-整理算法进行回收。分代算法适用于大部分应用程序，因为对象的生命周期通常是不同的。

新生代的对象被GC扫描的概率低,老年代的对象被GC的扫描率低. 新生代只有熬过多次GC的扫描,没有被回收,才会进入老年代
注: 如果对象是一个特别大的对象,会直接进入老年代

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