深刻理解Java虛擬機（一）

1、運行時數據區域

一、程序計數器：

• 當前線程執行字節碼的行號指示器（經過改變計數器的值來選擇下條須要執行的字節碼指令）
• 每一個線程有獨立的程序計數器（線程私有，爲了切換線程時能恢復到掙錢的執行位置）
• 若是執行java方法，計數器記錄正在執行的字節碼指令地址。若是執行的是Native方法，計數器爲空。
• 惟一沒規定任何OutOfMemoryError狀況的區域。

二、虛擬機棧

• 爲執行Java方法服務
• 線程私有，聲明週期跟線程一致
• 一個Java方法執行到結束的過程：棧幀從入棧到出棧的過程
• 棧幀存儲局部變量表（包括基本數據類型和對象的引用類型）、操做棧、動態連接、方法出口等信息
• 異常：線程請求的棧深度大於虛擬機容許的深度，拋出StackOverflowError。虛擬機動態擴展過程當中沒法申請到足夠的內存，會拋出OutOfMemoryError異常。

三、本地方法棧

• 爲虛擬機用到的Native方法服務
• 也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError的異常

四、Java堆

• 用來存儲對象的實例
• 全部線程共享的一塊內存區域
• 從內存回收的角度能夠分爲新生代和老年代

五、方法區

• 存放被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量等
• 線程共享

六、運行時常量池

• 方法區的一部分
• 存放編譯期生成的各類字面量和符號引用

2、垃圾回收（GC）

• 哪些內存須要回收
• 何時回收
• 怎麼回收

一、判斷對象是否存活

一、引用計數法：

• 給Java對象添加一個引用計數器，每當有一個地方引用它時，計數器+1；引用失效則-1。當計算器不爲0時，判斷對象存活
• 缺點：若是兩個對象相互循環引用時，由於計算器不爲0，不能被回收。實際上對象應該被回收。

二、可達性分析算法：

（1）原理：
把"GC Roots"的對象做爲起點，而後向下搜索，搜索所走過的路徑稱爲引用鏈，當一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時，即該對象不可達，也就說明此對象是不可用的。

（2）可做爲GC Root對象：

• 虛擬機棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象
• 方法區中類靜態屬性引用的對象
• 方法區常量引用的對象
• 本地方法棧中JNI引用的鍍錫

三、判斷一個類可回收：

• 該類全部實例對象被回收
• 加載該類的ClassLoader已經被回收
• 該類對應的Class對象沒被引用，沒法經過反射訪問該類的方法

二、引用類型

經過引用的強度分爲強、軟、弱、虛四種引用類型

• 強應用：通常Object b=new Object()這類引用，只要強引用存在，GC就不會回收被引用的對象。
• 軟引用：系統在發生內存溢出以前，會將這些對象二次回收。若是還沒足夠內存，纔會拋出內存溢出異常。經過SoftReference來實現。
• 弱引用：GC回收時，不管內存是否足夠，都會收會被弱引用關聯的對象。經過WeakReference來實現。
• 虛引用：做用是在對象被回收時收到一個系統通知。經過PhantomReference來實現。

三、垃圾收集算法

一、標記-清除算法：標記出全部須要回收的對象，標記完統一清除被標記的對象。

缺點：

• 標記和清理的效率不高
• 標記清除後會產生大量不連續的內存碎片

二、複製算法：將內存分爲大小相等的兩塊，每次只用一塊，當這一塊內存用完，將存活對象複製到另外一塊，將使用過的內存一次清理。

優缺點：

• 不會產生內存碎片的問題
• 缺點是將內存縮小到了以前的一半
• 在對象存活率高時進行屢次複製操做，效率會低。

三、標記-整理算法：標記須要回收的對象，將存活對象向一端移動（整理），清理掉可回收的對象。

四、分代收集算法：根據對象存活週期不一樣，將Java堆內存分爲新生代和老年代。

• 新生代：只有少許對象存活，使用複製算法。
• 老年代：大量對象存活，使用標記清除或者標記整理算法。

3、類加載機制

一、類加載時機

一、定義：
把Class文件加載到內存中，並對數據進行校驗、解析和初始化，行成可被虛擬機直接使用的Java類型。類從被加載到虛擬機內存中開始，到卸載出內存結束。

二、生命週期：

• 加載
• 驗證
• 準備
• 解析
• 初始化
• 使用
• 卸載 加載、驗證、準備、初始化、卸載的順序肯定。

三、須要對類進行初始化的場景

• new實例化對象、讀取或設置類的靜態字段，調用類的靜態方法（被final修飾，已在編譯期將結果放入常量池的靜態字段除外）
• 對類進行反射
• 初始化一個類，若父類還沒初始化，先觸發父類的初始化
• 需指定一個執行的主類（包含main方法的類），虛擬機先初始化該類
• JDK1.7動態語言，MethodHandle實例解析結果REF_getStatis、REF_putStatis、REF_invokeStatis的方法句柄

四、不會方法初始化的場景：
全部引用類的方式不會觸發初始化，例如子類引用父類的靜態字段，只觸發父類初始化。

五、接口初始化和類初始化的區別：
接口初始化時，不要求其父類接口所有完成初始化。

二、類加載過程

包括加載、驗證、準備、解析、初始化5步

一、加載：

• 經過類全限定名獲取定義該類的二進制字節流
• 將字節流的靜態存儲結構轉換爲方法區的運行時數據結構
• 內存中生成該類的Class對象，做爲訪問該類數據的入口

二、驗證：

• 文件格式驗證，驗證字節流是否符合Class文件格式規範
• 元數據驗證，對字節碼描述的信息進行語義分析
• 字節碼驗證，肯定語義合法
• 符號引用驗證，對常量池符號引用校驗

三、準備： 爲類變量（static修飾的變量）分配內存並設置變量初始值

四、解析： 將常量池符號引用替換爲直接引用（直接指向目標的指針）的過程

五、初始化： 開始執行類中定義的Java代碼

三、類加載器

同一個Class文件，被兩個不一樣的類加載器加載，這兩個類不相等。相等包括equals、instanceOf、isInstance方法返回的結果。

一、類別：

• 啓動類加載器（Bootstrap ClassLoader）：加載<JAVA_HOME>\lib目標，或者被-Xbootclasspath參數指定的路徑，可被虛擬機識別的類庫
• 擴展類加載器（Extension ClassLoader）：加載<JAVA_HOME>\lib\ext目錄，或被java.ext.dirs系統變量指定的路徑的類庫
• 應用類加載器（Application ClassLoader）：加載ClassPath上指定的類庫

二、雙親委託機制
除了頂層的類加載器外，其餘的類加載器都有本身的父類加載器。父子之間經過組合來複用父加載器代碼。
雙親委託機制的工做流程：一個類加載器收到類加載的請求，首先將請求委託給父類加載器去完成，最終全部加載請求都會傳遞給頂層的啓動加載器中。當父加載器發現未找到所需的類而沒法完成加載請求時，子加載器才嘗試去加載。

ClassLoader

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException {
    //檢查請求的類是否已經被加載
    Class<?> c = findLoadedClass(name);
    if (c == null) {
        try {
            if (parent != null) {
                //讓父類加載器去嘗試加載
                c = parent.loadClass(name, false);
            } else {
                c = findBootstrapClassOrNull(name);
            }
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            //父類加載器拋異常
        }

        if (c == null) {
            //而後調用自身的findClass方法來進行類加載
            c = findClass(name);
        }
    }
    return c;
}
複製代碼

• 先檢查是否被加載過，若是沒有則調用父加載類去加載
• 父加載器爲空，則調用啓動類加載器
• 父加載器加載失敗，則拋出ClassNotFoundException異常
• 而後去調用自身的findClass方法去進行類加載