JVM相关

1.JVM内存区域

一个运行起来的java进程就是一个Java虚拟机，就需要从操作系统中申请一大块内存。

内存中会根据作用的不同被划分成不同的区域：

（1）栈：存储的内容是代码在执行过程中，方法之间的调用关系（栈中每一个元素就是一个栈帧，代表一个方法的调用，包含方法的形参，返回值，局部变量）。

（2）堆：这里存储的内容是代码中new的对象

（3）方法区（1.8开始：元数据区）：存储类对象（.class文件加载到内存就成为了类对象）

（4）程序计数器：存放每个线程，下一条指令执行的地址。空间较小主要就是用来存放一个“地址”，表示下一条要执行的指令，在内存的哪个地方（在方法区中去找下一条指令，指令是以二进制的形式存储在类对象中）。

程序计数器中的值会随着指令的执行，从而自动进行更新，去指向下一条指令。

如果是顺序执行的代码，那么下一条执行的指令地址就是把指令地址进行递增。

如果是条件循环执行的代码，那么下一条执行的指令地址就可能会跳到比较远的地址。

ps：栈和程序计数器每一个java线程一份，而堆和方法区是每一个java进程一份。（仅限java，放在c++中就不一定是这样了）

2.JVM类加载

（1）基本流程：

java代码经过编译后生成.class文件，java程序要想运行起来就需要将jvm读取这个.class文件，并且把里面的内容构造成类对象，保存到内存的方法区中。

官方文档中把类加载的过程分成了5个步骤：

1）加载：找到.class文件，并且打开文件，读取文件中的内容（通过全限定名称查找）

2）验证：检查当前二进制文件是否符合格式的要求，具体格式

3）准备：给类对象分配内存空间，并且为不被final修饰的static变量赋初始默认值（被final修饰的变量在此时会被赋值成程序员给定的值）

4）解析：针对类对象中字符串常量的处理，进行了一些初始化的操作。（符号引用到直接引用）

字符串常量在经过编译之后，eg：final String s = "hello"，s本来是存储内存地址，但在.class文件中会重新针对该字符串进行创建出一个引用，此时这个引用就不是存储内存地址了，而是存储文件偏移量（字符串长度），通过这个变量就可以知道目前字符串处于哪个位置。到解析的阶段（类加载的时候），会重新将这个引用替换成内存地址。

5）初始化：对类对象中的各种属性进行初始化，还需执行静态代码块和加载一下父类（子类中调用构造方法，会先帮助父类进行构造）

（2）双亲委派模型：

是在加载过程中的第一个步骤。

首先需要了解一下类加载器：

是JVM中的一个模块，JVM内置了三个类加载器：

1）BootStrap ClassLoader

2）Extension ClassLoader

3）Application ClassLoader

这三个类加载器之间的关系就好似爷父子之间的关系，但不是靠继承构成的，而是由类加载中的一个属性（parent）来指向父类加载器。

加载的具体流程是：

①根据给定的全限定类名，找到对应的.class文件。

②从Application ClassLoader作为入口，开始执行查找的逻辑。

③Application ClassLoader不会立即扫描自己所负责的目录（负责搜索项目当前目录和第三方库的对应目录），而是会交给自己的父类加载器Extension ClassLoader。

④Extension ClassLoader不会立即扫描自己所负责的目录（负责搜索JDK中一些扩展库对应的目录，是JDK标准库之外的一些库，属于对JDK标准库的扩展），而是会交给自己的父类加载器BootStrap ClassLoader。

⑤BootStrap ClassLoader，也不会立即扫描自己所负责的目录（负责搜索JDK标准库对应目录），而是会交给自己的父类加载器，但是却发现没有父类加载器，因此只能区扫描自己负责的目录，一旦在标准库中查找到对应类的.class文件，此时加载的过程就完了，扫描结束过后如果没有扫描到，就会交给它的子类加载器（Extension ClassLoader）扫描。

⑥如果在Extension ClassLoader扫描到了就结束加载过程，没有扫描到就交给它的子类加载器（Application ClassLoader）扫描。

⑦如果在Application ClassLoader扫描到了就结束加载过程，没有扫描到此时应该交给它的子类加载器扫描，但是发现没有了，所以此时会抛出一个异常ClassNotFoundException

总结：所谓的双亲委派模型其实就是一个按照优先级查找.class文件的一个过程，之所以有这么一套流程，是为了确保JDK标准库扫描的优先级最高，其次是扩展库，最后才是项目当前目录和引入的第三方库对应目录。就好比：你在自己的代码中使用String（导入的包是java.lang.String），在类加载的时候加载的JDK标准库中的类，而不是自己写的这个类。

 3.JVM垃圾回收机制（GC垃圾回收）

在java中new对象，是动态申请内存（运行时分配），如果一个资源申请了内存空间，长时间不使用但是不释放，就可能会造成内存泄漏。

在java中给出了一个方案，也就是垃圾回收机制，让JVM，自动判定某个内存是否不再使用了，

如果后面这个内存确实不用了，JVM就会自动回收把这个内存给回收掉了，此时就不需要手动回收了。

GC是垃圾回收，GC回收的目标是内存中的对象。对于java来说就是释放堆上的new出的对象，栈上的对象是随着栈帧的生命周期（方法执行结束，栈帧自然销毁，内存自然释放），静态变量，生命周期是整个程序，这个始终存在就意味着静态变量无需释放的，真正释放的就是堆上的对象。

GC回收垃圾的过程主要有两个步骤：

（1）找到垃圾

有两种主流的方案：

①引用计数

new出来的对象，会单独划分空间，来保存有一个计数器，计的是当前有多少引用指向该对象。

如果一个对象没有引用指向了（即引用计数为0），就可以将该对象视为垃圾了。

但是使用该种方式可能会存在两种问题：

·比较浪费内存：

计数器怎么说也得有两个字节，如果对象本身比较小，那么此时这个计数器所占空间比例就比较大了。

·存在循环引用问题：

②可达性分析：

有一组线程，周期性扫描代码中的所有对象，把所有可以访问到的对象，都给标记成“可达”，反之，如果经过扫描后，不可达的对象，就成垃圾了，需要被回收。

eg：

当然这里的遍历不一定是二叉搜索树，这里可达的实现大概率是靠N叉搜索树实现，这一步就是针对当前对象，看对象中有多少不同引用类型的成员，然后再对每一个类型的成员进行进一步的遍历。

通过上述过程，不难看出可达性分析是比较耗费资源的（开销较大）。 

（2）回收垃圾

有三种基本的回收思路：

①标记删除：

扫描到一个不可达的对象，就直接进行释放，这个方案非常不好，那就是会产生很多的内存碎片。释放代码，是为了让其他代码能够申请一块连续的内存空间，随着时间的推移，内存碎片的情况就会愈演愈烈，就会导致后续申请连续内存空间变得困难。

②复制算法：

通过复制的方式，把有效的对象，归类到一起，在同一释放剩下的对象。

也就是把内存一分为二，一次只用其中一半。但这种方式有两个明显的问题：

a.内存利用率不高

b.如果有效的对象很多，那么复制的开销将会很大

③标记整理：

既能解决内存碎片的问题，又能够解决上述内存利用率不高的问题。

eg：

类似于顺序表删除元素的搬运操作，使用该种方式搬运开销仍然很大。

而JVM中GC垃圾回收主要思想是分代回收（具体实现可能有一些调整和优化），是对上述思路的集合，让不同的方案，扬长避短。

分代回收有一个很重要机制就是：对象能活过的GC扫描轮次越多，就是越老（代表当前对象是暂时不会被释放的）

eg：下图是整个分代回收的全部过程：