JVM内存模型

1、类的加载、连接和初始化

      加载：查找并加载类的二进制数据（字节码文件）

      连接：

             验证：确保被加载的类的正确性（手工生成class文件，可

                        能不符合JVM标准规范）

             准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值

                     （这个时候并不涉及new对象的操作）

             解析：把类中的符号引用转换为直接引用（Child.run()转

                        换为pointer）

      初始化：为类的静态变量赋予正确的初始值（正确：用户赋予的

                    值）

      示例：MyTest

   1.1类的使用方式：

        所有的类或接口只有在java程序“首次主动使用”才会初始化

        主动使用：

               (1)创建类的实例new Test();

               (2)访问某个类的静态变量，或者为某个类的静态变量赋值：a =

                    Test.b; Test.b = a;

               (3)调用类的静态方法：Test.doSomething();

               (4)初始化一个类的子类：

                    class Parent{};class Childextends Parent{

                    public static int a= 3};

                    Child.a =4;

              (5) java虚拟机就启动时被标明为启动类的类（java TestTest

                   中有main方法）

              (6)反射Class.forName(“Test”);

         除此之外的使用都是被动使用，被动使用是不会触发初始化的。

   1.2类的加载：

        将.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，又 来封装在方法区内的数据结构，class对象是jvm在类加载时自动创建的。

  1.3类加载器

        Java虚拟机自带的类加载器：

       根类加载器（Bootstrap）(c++ java代码中无法获取该类)

       扩展类加载器（Extension）(java )

       系统类加载器（System）（也叫应用加载器）

       用户自定义的类加载器

   层次关系：

       根类加载器：用c++实现，并没有集成java.lang.ClassLoader类

       扩展类记载器：父类加载器为根类加载器，加载目录jre\lib\ext，如果把用户创建的jar包放在这个目录下，则会有扩展类加载器                                  进行加载。

       系统类加载器：父类加载器为扩展类加载器，从环境变量classpath或系统属性java.class.path所指定的目录加载类，是自定义                                   加载类的默认父类加载器。

      （1）核心类库由bootstrap加载器进行加载，获取到为空，其他都可获取，例Test2

      （2）调用一个类的静态变量，且这个静态变量在编译时期就可以确定，则不会进行类的初始化，当这个类在执行阶段才能确                     定，则会进行初始化，例Test4，Test3

      （3）加载顺序—启动类—父类—子类，例Test5，Test6

      （4）调用loadClass方法加载一个类，并不是对类的主动使用，并不会初始化该类。例Test7

  1.4类的加载机制—父委托机制

      （1）除了java自带的根类加载器，其余类加载器都有且仅有一个父类加载器，只有当父类加载器不能进行加载的时候，才会由                子类加载器进行加载。

      （2）父子加载器并非继承关系，子加载器并不一定继承父类加载器

      （3）安全考虑，每个类都会有确定的层次中的一个类加载器进行加载，自定义除外。

     （4）每个类都有自己的命名空间，命名空间由该类加载器及所有父类加载器所加载的类组成。同一个命名空间中，不会存在两                个完整名字相同的类，不同命名空间中，可能存在完整名字相同的类。

  1.5 用户自定义类加载器

        继承ClassLoader类，覆盖findClass方法，会由loadClass方法调用。

   1.6 JVM虚拟机执行整体顺序

2、JVM的内存结构

方法区和对是所有线程共享的内存区域；而java栈、本地方法栈和程序员计数器是运行是线程私有的内存区域。

程序计数器：当前线程所执行字节码指令的行号指示器，线程私有，执行java方法，计数器记录的是java代码的行号，执行native方法则为null（undefined）；

虚拟机栈：线程私有，表示java方法执行的内存模型，每个栈帧对应的是一个调用的方法，包括局部变量表、动态链接、操作数栈、指向当前方法所属的类的运行时常量池、方法返回地址和附加信息。

栈帧是保存在虚拟机栈中的，栈帧是用来存储数据和存储部分过程结果的数据结构，同时也被用来处理动态链接（Dynamic Linking）、方法返回值和异常分派（Dispatch Exception）。线程运行过程中，只有一个栈帧是处于活跃状态，称为“当前活跃栈帧”，当前活动栈帧始终是虚拟机栈的栈顶元素。

局部变量表：方法参数，方法内部定义的变量。

操作数栈：每一个方法的调用，都会建立一个操作数栈

动态链接：与静态解析对应，一部分的符号引用会在运行是转化为直接引用

方法返回地址：正常完成出口，异常完成出口

本地方法栈：线程私有，与虚拟机栈类似，为native方法服务

堆：线程共享，存储对象本身及数组

方法区：线程共享，类信息，静态变量，常量，编译后的代码等

运行时常量池：存放编译期生成的各种字面量和符号引用

2.1对象的创建—内存分配

（1）jvm遇到一个new指令，检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，然后检查这个类代表的类是否已被加载、解析和初始化。如果没有，则进行类加载。

（2）类的加载—先加载父类，先加载静态块，顺序加载。

（3）JVM开始为对象分配内存，两种方式：

指针碰撞：java堆内存规整，GC带有压缩整理功能

空闲列表：java堆内存空间并不规整。

解决多线程分配内存的问题：

失败重试：保证更新操作的原子性

本地线程缓存取：TLAB，在启动线程时，就会在堆中给该线程预留一个内存空间

(4)内存分配完后，首先内存空间都初始化为零值。若使用TLAB，则在分配TLAB时即已初始化成功。

(5)设置对象头（Object Header）：如何才能找到类的元数据信息，对象的哈希码，对象的GC分代年龄等信息。

(6)执行方法，将对象初始化为指定的值。

3、GC垃圾回收

3.1判断对象失效

（1）引用计数算法

给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它，计数器值就加1，当引用失效就减1，计数器为0的对象就是不可能再被引用的对象。

实现简单，但无法解决循环引用的问题

（2）可达性分析算法

通过一系列成为“GC ROOT”的对象作为起始点，向下搜索，走过的路径成为引用链，当一个对象到GC ROOT没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的。

可作为GC ROOT的对象有：

虚拟机栈中引用的对象

方法区中静态属性引用的对象

方法区中常量引用的对象

本地方法栈中JNI（native方法）引用的对象

3.2垃圾回收算法

（1）标记—清除算法

先对不用的对象进行标记，然后清除

（2）复制算法

将内存按容量分为几块，在一个时间段只使用一块内存，当这块内存用完，则将内存清理干净，然后将可用的对象复制到另一个区域。

（3）标记—整理算法

复制算法在对象存活率较高时要进行较多的复制操作，效率将变低，而且浪费空间。

标记—整理的标记过程与标记—清除一样，但后续步骤不是对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

（4）分代收集算法

根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般把java堆分为新生代和老年代。

在新生代中每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代因为对象存活率搞，没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用标记—清理或标记—整理算法来进行回收