JVM（面试用）

class Test{
    public int r=100;//成员变量r处于堆上
    public static int a=10;//静态变量（类属性）包含在类对象中，处在方法区（元数据区）
    
    void main(){
        Test t=new Test();//t是一个引用类型的局部变量，存放在栈的局部变量表中，存储一个对象的地址
                          //new出来的对象在堆上
    }
}

二、JVM类加载

类加载过程

其中前五步是固定的顺序并且也是类加载的过程，其中中间的3步我们都属于连接，所以对于类加载来说总共分为一下几个步骤：加载、连接（验证、准备、解析）、初始化

1、加载（loading）

找到.class文件，打开文件，读取内容。将类的字节码数据从磁盘加载到内存中。这个过程是由类加载器完成的。在加载阶段，虚拟机需要完成一下三件事情：

通过类的全限定名获取类的二进制字节流
将字节流代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

2、验证（Verification）

确保类的字节码文件符合虚拟机规范，不会危害虚拟机的运行时环境

主要包括四种验证：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证

3、准备（Perparation）

为类的静态变量分配内存并设置初始值（零值）

这里不包括final修饰的static变量，因为final在编译时就分配了初始值

4、解析（Resolution）

将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程（初始化常量）

主要包括：类或接口的解析、字段解析、类方法解析、接口方法解析

5、初始化（Initialization）

Java虚拟机真正开始执行类中编写的Java程序代码，将主导权移交给应用程序

初始化阶段就是执行类构造器<clinit>()方法的过程，在初始化阶段，虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确加锁和同步，确保类的初始化只会进行一次

针对类对象进行初始化：设置好类对象中需要的各个属性、static成员变量、静态代码块、以及还可能加载一下父类

双亲委派模型

双亲委派模型是和Java中多个类加载器（启动类加载器、扩展类加载器、应用程序类加载器）的运行规则，通过这个规则可以避免类的非安全性问题和类被重复加载的问题，但他也遇到了一些问题，比如JNDI和JDBC不能通过这个规则进行加载，它需要打破双亲委派模型的方式来加载

机制

如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成。

每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到最顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围没有找到需要的类）时，子加载器才会尝试自己去完成加载，如果能找到就返回对象，若直到应用程序类加载器都无法加载这个类，则抛出ClassNotFound异常

1）启动类加载器是由C++实现的，用于加载<JAVA_HOME>/jre/lib/rt.jar 和 resources.jar等jar包结构（即标准库的目录lib目录）

2）扩展类加载器用于加载<JAVA_HOME>/jre/lib/ext目录下的jre包（JDK中一些扩展库对应的目录，lib或ext目录）

3）应用类程序加载器用于加载classpath，也就是用户的所有类的（用户自定义的类和第三方库对应目录）

优点

1、避免重复加载类

比如A类和B类都有一个父类C类，那么当A启动时就会将C类加载起来，那么在B类进行加载时就不需要再重复加载C类了

2、安全性

当使用双亲委派模型时，用户就不能伪造一些不安全的系统类了。比如jre已经提供了String类在启动类加载时加载，那么用户若再自定义一个不安全的String类时，按照双亲委派模型就不会再加载用户自定义的那个不安全的String类了，这样就可以避免非安全的问题发生了

打破双亲委任模型

双亲委派模型虽然有其优点，但在某些也存在一些问题，比如Java中SPI（Service Provider Interface，服务提供接口）机制中的JDBC实现

tomcat中加载webapp时就是用的自定义的类加载器，就只能在webapp指定目录中查找，若在这里找不到就不会再去标准库啥的地方找了，直接抛异常

三、JVM中的垃圾回收机制

在C++中，动态分配内存管理允许程序在运行时分配和释放内存，相比静态内存管理（编译时确定内存分配大小），动态管理内存提供了更大的灵活性和控制能力。

C++中的动态内存管理通过new和delete关键字进行手动管理，同时智能指针提供了更安全和高效的方式来管理动态分配的内存，帮助开发者避免内存泄漏等问题。

相比C语言中的malloc分配内存，new不仅分配内存还进行了初始化。

Java也使用了new来进行动态内存管理，但相比之下Java给出了一个方案解决内存泄漏问题---垃圾回收机制(GC)，即让JVM自行判定某个内存是否不再使用，若不再使用则回收，此时就不必程序员手动写代码回收。

上面讲了Java运行时内存的各个区域，对于程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈这三部分区域而言，其生命周期与相关线程有关，随线程而生，随线程而灭。

并且这三个区域的内存分配与回收具有确定性，因为当方法结束或者线程结束时，内存就自然跟着线程回收了。

因此讲内存分配何回收关注的是Java堆与方法区这两个区域。

Java堆中存放着几乎所有的对象实例，垃圾回收器在对堆进行垃圾回收前，首先要判断这些对象哪些存活，哪些已经"死去"，判断对象是否已经"死去"有如下几种算法：

1、死亡对象的判断算法

1）引用计数算法

每个对象都有一个引用计数器，记录着有多少个引用指向该对象。当引用计数器为0时，表示该对象不再被任何引用指向，即认为该对象是死亡的，可以被垃圾回收器回收

实现简单，对垃圾对象的回收比较及时；但是难以处理循环引用，会导致引用计数器无法归零，从而造成内存泄漏

2）可达性分析算法

通过一组称为"GC Roots"的根对象作为起始点，从这些根对象开始往下搜索，可达的对象被认为是存活的，不可达的对象则是被判断为死亡，可以被回收

GC Roots：包括线程栈（本地变量表）、静态变量、常量池中的引用，它们保证了对象之间的可达性链条

能够有效处理循环引用的问题，不会导致内存泄漏；但是相对于计数算法，实现和运行时开销较大

在Java中，主流的垃圾回收器（如Serial, Parallel, CMS, G1等）通常使用可达性分析算法来判断对象的存活状态，这种算法能够更精确地确定不再使用的对象，从而安全有效地回收内存资源，提高程序性能和可靠性。

2、垃圾回收算法

1）标记-清除法

首先从根节点出发标记所有可达对象，再清除所有未标记对象（即不可达对象）

简单粗暴，适用于处理大对象和长时间存活的对象，但可能导致内存碎片化，影响内存分配效率

2）复制算法

将堆内存分为两块，每次只使用其中一块，当其中一块内存被占满时，将存活对象复制到另一块内存中，然后清除原内存中的所有对象

适用于处理短生命周期的对象，能够有效避免内存碎片化，但会消耗一定的内存空间

3）标记-整理法

类似于标记-清除法，但在清除阶段会将存活对象向一端移动，然后直接清除边界外的所有对象。这样可以保持存活对象的持续性，减少内存碎片化

适用于处理长时间存活对象和避免内存碎片化，但需要额外的移动存活对象的操作

4）分代算法

根据对象的存货周期将堆内存划分为不同的代，通常分为新生代和老生代。针对不同代使用不同的垃圾回收算法，如新生代使用复制算法，老生代使用标记-清除或标记-整理算法

充分利用对象的存活特性，提高垃圾回收效率，减少对整个内存的扫描次数

在实际应用中，Java的垃圾回收器通常会根据应用程序的特性和运行环境的不同，结合多种垃圾回收算法，采用分代收集和并发收集等技术，以达到最佳的垃圾回收效果。不同的垃圾回收器（如Serial, Parallel, CMS, G1等）会选择不同的算法组合和优化策略，以满足不同的性能和响应时间需求。