一、JVM简介

1.1一次编译，到处运行

java有个很突出的特性就是跨平台，只需要编译一次，就能在不同的操作系统、不同的平台上运行，也就是所谓的“一次编译，到处运行”。事实上，这个功能和java虚拟机是密不可分的。Java源文件，通过编译器，能够生产相应的.class文件，也就是字节码文件，而字节码文件又通过Java虚拟机中的解释器，编译成特定机器上的机器码，每一种平台的解释器是不同的，但是实现的虚拟机是相同的，这也就是Java为什么能够跨平台的原因。

一次编译，到处运行.jpg

1.2JVM概念

JVM是Java Virtual Machine的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。
简单来说JVM是可运行Java代码的假想计算机

1.3JVM体系结构

jvm体系结构.jpg

.class文件被class loader加载，由执行引擎来具体执行包在装载类的方法中的指令，也就是方法，而运行时数据区则是从整个计算机内存中开辟一块内存存储Jvm需要用到的对象，变量等，运行区数据有分很多小区，分别为：方法区，虚拟机栈，本地方法栈，堆，程序计数器，这个后文会详细说明。
这里需要说明的是，在运行时数据区，方法区和堆是被线程共享的数据区，而java栈、本地方法栈、程序计数器则是线程私有的。

2.运行时数据区详细说明

2.1方法区

方法区是可供各线程共享的运行时内存区域，主要存放有已被加载的类的元数据信息、静态变量、即时编译器编译后的代码等，另外在JDK1.6及之前，这里还会有运行时常量池，在1.7以后常量池以挪到堆中。

方法区、永久代、元空间

这里有三个相关但不同的概念，方法区在上面已经解释了，而永久代可以认为是方法区在HotSpot的具体实现。永久代的垃圾回收是和老年代的垃圾回收绑定的，一旦一个区域被占满，这两个区域都要进行垃圾回收，由于类及方法的信息等比较难确定其大小，对于永久代的调优是困难的，而且也给GC带来了不必要的复杂度。

在jdk1.8后，永久代被移动到了一个跟堆完全不相连的本地内存区域，也就是元空间，也就是说元空间的最大可分配空间就是系统可用内存空间。因此，我们就不会遇到永久代存在时的内存溢出错误。

2.2 堆

对于绝大多数的应用来说，这块区域是JVM所管理的内存中最大的一块，也是线程共享的区域，主要用于存放对象实例和数组，内部会划分出多个线程私有的分配缓冲区（TLAB）。

2.3 JAVA栈

java的虚拟机栈是线程私有的，其生命周期和线程一致。每个方法在执行时都会创建一个栈桢被压入栈中，栈桢中的数据主要包括以下三类：

本地变量（Local Variables）：输入参数和输出参数以及方法内的变量；
栈操作（Operand Stack）：记录出栈、入栈的操作；
栈帧数据（Frame Data）：包括类文件、方法等等。

每个方法从被调用到执行完，对应着一个栈桢在虚拟机中入栈到出栈的过程，举例说明，当方法A被调用时，就往栈中压入栈桢F1，如果A又调用了B方法，则产生的栈桢F2也被压入，执行完毕后，先弹出F2再弹出F1。

2.4 本地方法栈

和JAVA栈不同，本地方法栈为虚拟机执行本地方法服务。

2.5 程序计数器

线程私有，就是一个指向方法区中下一个将要执行的指令代码的指针，由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计。

3 HotSpot虚拟机中对象的相关知识总结

3.1 对象的内存分配布局

在hotspot虚拟机中，对象主要分为三部分：对象头、实例信息以及对其填充，如下图所示：

Hotspot虚拟机对象内存分部.jpg

对象头

对象头主要包含两部分，一部分是对象自身运行时所需要的数据，例如哈希码、GC年代信息、锁状态标志、偏向线程id，线程持有的锁等等；第二部分是类型指针，指向它的类的元数据。如果是数组类型，对象头中还会有一部分用来记录数组的长度

实例数据

程序代码中所定义的各种类型的字段内容(包含父类继承下来的和子类中定义的)

对齐填充

主要是为了确保对象的大小是字节的整数倍的占位，并非必须

3.2 如何访问对象

在访问(使用)对象时，会用到java栈上本地变量表里面的reference数据来操作，具体有通过句柄访问和直接访问两种方式。

3.2.1 通过句柄访问

通过句柄访问对象.jpg

3.2.2 直接访问

由于对象头上有类型指针，所以访问时看也可以通过类型指针直接访问，如图所示

指针直接访问对象.jpg

4 垃圾回收

4.1 什么叫对象不可达

对于java而言，不可用不可达的对象，将会被GC回收掉，那什么是对象不可达呢？
所谓的对象不可达，是指通过一系列的“GC Roots”的对象作为起点，从这些起点，从这些节点出发所走过的路径称为引用链。当一个对象到任何GC Root都没有任何引用链时，则称为对象不可达，如下图所示:

对象不可达.jpg

可以作为GC Root的对象有：
1.栈桢中本地变量表里面的引用对象
2.方法区类的静态属性引用的对象
3.方法区常量引用对象
4.本地方法栈中JNI引用的对象

4.2 垃圾回收算法

一般有以下几种
1 标记——清除算法
标记后直接清除。缺点是效率不高、且容易产生大量空间碎片

2.复制算法
把空间分成两块，每次对其中一块GC。即当一块的内存使用完时，把存活对象copy到另一块上。缺点是空间利用率不高。

一般新生代的GC是采用的该算法，因为大多数新生代对象都熬不过第一次GC，所以没必要按1:1进行分区。一般是一块较大的Eden区和两块较小的Survivor区，比例大致是8:1:1，当GC时，将Eden区和其中一块Survivor区的存活对象copy到另一块Survivor区，超出部分直接进入老年代，然后清理Eden和Survivor区。

3.标记——整理算法
把存活的对象移动到内存的一端，然后对剩余部分进行清理。

4.3 分代回收

根据存活对象划分几块内存区，按大的来分可以分为新生代和老年代，针对不同的年代特点可以制定不同的回收算法。

5. ClassLoader的几种类型

一般分为以下三种：

1. BootstrapClassLoader 启动类加载器
   加载 lib 下或被 -Xbootclasspath 路径下的类

2. ExtensionClassLoader 扩展类加载器
   加载 lib/ext 或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径下的类

3. ApplicationClassLoader 应用程序类加载器
   加载用户路径上所指定的类库