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目錄

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?什么是JVM

??JVM的運行流程

??JVM運行時數(shù)據(jù)區(qū)

?虛擬機棧

?本地方法棧

?堆

?程序計數(shù)器

?方法區(qū)/元數(shù)據(jù)區(qū)

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?類加載的過程

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?雙親委派模型

???垃圾回收機制

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?什么是JVM

JVM 是 Java Virtual Machine 的簡稱，意為 Java虛擬機。 虛擬機是指通過軟件模擬的具有完整硬件功能的、運行在一個完全隔離的環(huán)境中的完整計算機系統(tǒng)（如：JVM、VMwave、Virtual Box）。 ?JVM 和其他兩個虛擬機的區(qū)別是： VMwave與VirtualBox是通過軟件模擬物理CPU的指令集，物理系統(tǒng)中會有很多的寄存器，而 JVM則是通過軟件模擬Java字節(jié)碼的指令集，JVM中只是主要保留了PC寄存器，其他的寄存器都進行了裁剪。?

??JVM的運行流程

JVM 是 Java 運行的基礎，也是實現(xiàn)一次編譯到處執(zhí)行的關(guān)鍵，那么 JVM 是如何執(zhí)行的呢？

我們知道程序在執(zhí)行之前先要把java代碼轉(zhuǎn)換成字節(jié)碼（class文件），而 JVM 首先需要把字節(jié)碼通過類加載器（ClassLoader）把文件加載到內(nèi)存中的運行時數(shù)據(jù)區(qū)（Runtime Data Area） ，而字節(jié)碼文件是 JVM 的一套指令集規(guī)范，并不能直接交給底層操作系統(tǒng)去執(zhí)行，因此需要特定的命令解析器執(zhí)行引擎（Execution Engine）將字節(jié)碼翻譯成底層系統(tǒng)指令再交由CPU去執(zhí)行，而這個過程中需要調(diào)用其他語言的本地庫接口（Native Interface）來實現(xiàn)整個程序的功能，這就是這4個主要組成部分的職責與功能。

??JVM運行時數(shù)據(jù)區(qū)

從上圖我們可以發(fā)現(xiàn)運行時數(shù)據(jù)區(qū)劃分成5個部分，接下來我們就來看看他的內(nèi)存布局。

?虛擬機棧

虛擬機棧是給 Java 代碼使用的棧，每個線程都會有一個，虛擬機棧描述的是 Java 方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個棧幀（Stack Frame）用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息：

①. 局部變量表： 存放了編譯器可知的各種基本數(shù)據(jù)類型(8大基本數(shù)據(jù)類型)、對象引用。局部變量表 所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配，當進入一個方法時，這個方法需要在棧幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的，在執(zhí)行期間不會改變局部變量表大小。簡單來說就是存放方法參數(shù)和局部變量。

②. 操作棧：每個方法會生成一個先進后出的操作棧。

③. 動態(tài)鏈接：指向運行時常量池的方法引用。

④. 方法返回地址：PC 寄存器的地址。

?本地方法棧

Native Method Stack 中 Native 就表示?JVM 內(nèi)部 C++ 寫的代碼，就是給調(diào)用 Native 方法（ JVM 內(nèi)部的方法）準備的棧空間。

?堆

整個 JVM 中最大的區(qū)域，所有 new 出來的對象（類的普通成員變量）都是在堆上。

?程序計數(shù)器

程序計數(shù)器是一塊比較小的內(nèi)存空間，記錄當前線程執(zhí)行到哪個指令，可以看做是當前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。 如果當前線程正在執(zhí)行的是一個 Java 方法，這個計數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機字節(jié)碼指令的地址；如果正在執(zhí)行的是一個 Native 方法，這個計數(shù)器值為空。

?方法區(qū)/元數(shù)據(jù)區(qū)

元數(shù)據(jù)區(qū)是用來存儲被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)的。

注：虛擬機棧、本地方法棧、程序計數(shù)器都是線程私有的（一個線程有一個），堆、元數(shù)據(jù)區(qū)是線程公有的（一個進程里的所有線程共用一個）。

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?類加載的過程

Java類加載是將 .class 文件中的二進制數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存中，并對數(shù)據(jù)進行校驗、解析和初始化的過程。類加載來說總共分為以下幾個步驟：

?.?加載：把 .class 文件找到，讀取文件內(nèi)容

?.?連接：

????????①. 驗證：根據(jù) JVM 規(guī)范，檢查 .class 文件是否符合規(guī)范

????????②. 準備：給類對象分配內(nèi)存空間，設置初始值（基本數(shù)據(jù)類型設為為 0，引用數(shù)據(jù)類型設為 null）

????????③. 解析：將常量池內(nèi)的符號引用替換為直接引用的過程，也就是初始化常量的過程。（字符串常量有一塊內(nèi)存空間存字符串的實際內(nèi)容，還有一個引用保存這塊空間的起始地址，類加載前字符串常量存儲在 .class 文件中（還沒有內(nèi)存地址），此時這個引用記錄的是字符串常量在文件中的”偏移量“（符號引用），在類加載后字符串常量才放到內(nèi)存里（有了內(nèi)存地址），才會將”偏移量“替換成內(nèi)存地址（直接引用））

?. 初始化：

真正對類對象里的內(nèi)容進行加載，加載父類、執(zhí)行靜態(tài)代碼塊

注：java 程序運行后不會把所有類一次性都加載，而是需要用到哪個再加載哪個

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?雙親委派模型

類加載描述的是找到 .class 文件讀取內(nèi)容的過程，而雙親委派模型描述的就是加載、找 .class文件的基本過程。了解雙親委派模型前，我們得先了解下 JVM 默認提供的三種類加載器：?.?BootstrapClassLoader：負責加載標準庫中的類（java 規(guī)范要求提供的類，無論哪種 JVM 都會提供）

?.?ExtensionClassLoader：負責加載 JVM 擴展庫中的類（規(guī)范之外，由 JVM 廠商提供的擴展功能）

?.?ApplicationClassLoader：負責加載用戶提供的第三方庫/用戶項目代碼中的類?

這三個加載器彼此存在“父子類”的關(guān)系， BootstrapClassLoader?相當于?ExtensionClassLoder?的父加載器，ExtensionClassLoder?相當于?ApplicationClassLoder的父加載器。

雙親委派模型就是單加載一個類時，首先從 ApplicationClassLoader 開始，但?ApplicationClassLoader 會把加載任務交給父加載器?ExtensionClassLoader ， ExtensionClassLoader 又會把加載任務交給父加載器?BootstrapClassLoader ，BootstrapClassLoader 沒有父加載器才開始搜索標準庫目錄的類，找到了就加載，沒找到就交給子加載器?ExtensionClassLoader，ExtensionClassLoader 搜索擴展庫的目錄，找到了就加載，沒找到就交給子加載器 ApplicationClassLoader，ApplicationClassLoader 搜索用戶項目相關(guān)目錄，找到了就加載，沒找到就拋出異常。

注：雙親委派模型的加載順序確保了 BootstrapClassLoader 先加載，ApplicationClassLoader 后加載，可以避免因用戶自己寫的類導致 JVM 已有代碼的混亂。

???垃圾回收機制

垃圾回收機制即 GC 主要是對堆進行釋放的，是以對象為單位進行回收的，因此也叫死亡對象的回收。

要想回收垃圾，首先得判斷誰是垃圾，常見的判斷是否為垃圾的方法有兩種：

?.引用計數(shù)

給每個對象都分配一個計數(shù)器，有引用指向它，計數(shù)器加一；有指向它的引用銷毀，計數(shù)器減一。

顯然這個方法簡單有效，但還是存在缺點：內(nèi)存浪費的多且可能存在循環(huán)引用（a 對象的屬性指向 b，b 對象的屬性指向 a，當 a 和 b 銷毀時，a 和 b 的引用計數(shù)仍為 1）的問題。

?.可達性分析

java 里的對象都是通過引用指向來訪問的，通過遍歷所有對象的引用指向就可以判斷出某個對象可達不可達，java 的做法就是通過可達性分析。

確認了哪個對象是垃圾就可以對垃圾進行回收，常見的回收垃圾的做法有：

?.標記清除

基本概念：標記清除算法將垃圾回收分為兩個階段：標記階段和清除階段。在標記階段，它從根節(jié)點開始遍歷，標記所有可達的對象。未被標記的對象被視為垃圾，這些對象在清除階段被回收。

優(yōu)點：標記清除算法實現(xiàn)簡單，不需要移動存活對象。
缺點：標記清除算法執(zhí)行效率較低，且清除后容易產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，這可能導致后續(xù)對象分配時找不到足夠的連續(xù)內(nèi)存空間而提前觸發(fā)垃圾回收。

?.復制算法

基本概念：復制算法將內(nèi)存分為兩塊，每次只使用其中一塊。當一塊內(nèi)存用完時，將還存活的對象復制到另一塊上，然后清理掉已使用的內(nèi)存。

優(yōu)點：由于只處理其中一塊內(nèi)存區(qū)域，復制算法運行速度較快，且不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片。

缺點：復制算法需要兩倍的內(nèi)存空間，代價較高。同時，如果對象的生命周期較長，這種復制操作會導致效率低下。

?.標記整理

基本概念：標記整理算法結(jié)合了標記清除和復制算法的優(yōu)點。在標記階段后，將所有存活對象壓縮到內(nèi)存的一端，然后清理邊界以外的內(nèi)存。

優(yōu)點：標記整理算法避免了標記清除算法的碎片問題，也不需要復制算法那么多的內(nèi)存空間。
缺點：標記整理算法實現(xiàn)較為復雜，且移動對象的過程會產(chǎn)生額外的開銷。

?.分代回收

基本概念：分代收集算法基于這樣一個事實：大部分對象會在年輕時死亡。它將堆內(nèi)存分為新生代和老年代，不同年代采用不同的回收算法。新 new 出來的對象在伊甸區(qū)，熬過一輪 GC 就通過復制算法來到了幸存區(qū)，幸存也要經(jīng)過周期性的 GC 考驗，如果通過考驗就進入另一個幸存區(qū)，沒通過就釋放掉，當一個對象在兩個幸存區(qū)來回拷貝很多次了后就進入老年區(qū)，老年區(qū)偶而也要經(jīng)歷 GC 的考驗，如果沒通過就通過標記整理算法釋放掉。

優(yōu)點：分代收集算法通過將內(nèi)存分區(qū)，可以更高效地回收垃圾，特別是針對新生代中大量短命的對象。
缺點：分代收集算法設計相對復雜，需要根據(jù)不同代的特點選擇合適的回收算法。

注：JVM 就是基于分代回收算法回收垃圾的。