JVM的学习 - 技术栈

程序在执行之前先要把java代码转换成字节码（class文件） ，JVM 首先需要把字节码通过一定的方式类加载器（ClassLoader） 把文件加载到内存中运行时数据区（Runtime Data Area） ，而字节码文件是JVM 的一套指令集规范，并不能直接交个底层操作系统去执行，因此需要特定的命令解析器执行引擎（Execution Engine） 将字节码翻译成底层系统指令再交由CPU去执行，而这个过程中需要调用其他语言的接口本地库接口（Native Interface） 来实现整个程序的功能，这就是这4个主要组成部分的职责与功能。

总结来看， JVM 主要通过分为以下 4 个部分，来执行 Java 程序的，它们分别是：

类加载器（ClassLoader）
运行时数据区（Runtime Data Area）
执行引擎（Execution Engine）
本地库接口（Native Interface）

JVM 运行时数据区(面试重点）

JVM 运行时数据区域也叫内存布局，但需要注意的是它和 Java 内存模型（(Java Memory Model，简称 JMM）完全不同，属于完全不同的两个概念，它由以下 5 大部分组成：

堆（线程共享）

1. 堆（Heap）的作用

堆是 JVM 内存管理中最大的一块区域 ，用于存放所有对象实例和数组。它的主要作用是：

存储对象实例 （几乎所有 new 关键字创建的对象都会存放在堆中）。
垃圾回收的主要管理区域（垃圾回收器会在堆上进行内存回收）。
线程共享（堆是 JVM 运行时数据区中所有线程共享的内存区域）。

2. 堆主要存放的是：

对象实例 （如 **new**创建的对象）。
数组（JVM 在堆中分配数组对象）。
对象的成员变量 （除 static 变量外的成员变量）。
运行时常量池（存储编译期确定的常量）。
类元数据（方法区的一部分） （如 Class 对象的实例）

Java虚拟机栈（线程私有）

Java 虚拟机栈的作用：Java 虚拟机栈的生命周期和线程相同，Java 虚拟机栈描述的是 Java 方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。咱们常说的堆内存、栈内存中，栈内存指的就是虚拟机栈。

局部变量表 ：存放了编译器可知的各种基本数据类型(8大基本数据类型)、对象引用。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在执行期间不会改变局部变量表大小。简单来说就是存放方法参数和局部变量。
操作栈 ：每个方法会生成一个先进后出的操作栈(用于执行方法时的中间计算 ，类似于 CPU 的寄存器)
动态链接：指向运行时常量池 的方法引用。
方法返回地址：记录方法调用完成后，应该返回的地址，即调用方法的下一条指令地址

本地方法栈（线程私有）

本地方法栈和虚拟机栈类似，只不过 Java 虚拟机栈是给 JVM 使用的，而本地方法栈是给本地方法使用的。

程序计数器（线程私有）

程序计数器的作用：用来记录当前线程执行的行号的。

程序计数器是一块比较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

如果当前线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址 ；

如果正在执行的是一个Native方法，这个计数器值为空。

程序计数器内存区域是唯一一个在JVM规范中没有规定任何OOM情况的区域！

方法区（线程共享）

方法区的作用：用来存储被虚拟机加载的类信息 、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据的。

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分，存放字面量 与符号引用 。
字面量 : 字符串(JDK 8 移动到堆中) 、final常量、基本数据类型的值。
符号引用 : 类和结构的完全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符

方法区存储的内容：

实战(面试类型)

题型：给出一个代码，问你哪个变量，事处于内存中那个位置？

示例代码：

java 复制代码

class Test{
    public int n = 100;
    pubilc static int a = 10;
}
void main(){
    Test t = new Test();
}

1.new Test(): 这个对象是new出来的，所以这个变量在堆中。

2.n: n这个变量是被包含在new Test()中的，所以也在堆中。

3.t: 但是t这个变量并不是对象，它是一个局部变量 ，所以存储在栈帧中的局部变量表 中，因此t是存储在栈中。

4.a :a这个变量是类中的静态变量 ，存储在元数据区 的类元信 息中，也就是在方法区中。

总结：局部变量处于栈中；成员变量处于堆中；静态变量处在方法区

JVM 类加载

类加载过程（背）

对于类加载来说总共分为以下几个步骤：

1) 加载

加载：找到**.class文件**，打开文件，读取文件的内容

2) 验证

验证：.class文件是一个二进制的格式.(某个字节都是有某些特殊含义的)，就需要验证你当前读到的这个格式是否符合要求。

3) 准备

准备：给类对象分配一个内存空间（最终目标，是要构造出类对象）【这里只是分配内存空间，还没开始初始化.此时这个空间上的内存数值，就全是0（此时如果尝试打印类的static成员，就全是0的）】

4) 解析

解析：针对类对象中包含的字符串常量进行处理，进行一些初始化的操作。【Java代码中用到的字符串常量，在编译之后，也会进入到.class文件中。】

复制代码

final String s = "test";

如上代码，.class文件的二进制指令中，也会有一个s这样的引用被创建出来。但是由于引用本质保存的是一个变量的地址，在.class文件中，这是文件，是不涉及到内存地址的。因此在.class文件中，s的初始化语句，就会先被设置成一个"文件偏移量"，通过偏移量，就能找到"test"这个字符串所在的位置。当我们这个类真正得被加载带内存中的时候，再把这个偏移量替换回真正的内存空间。

5) 初始化

初始化：针对类对象进行初始化，把类对象中需要的各个属性都设置好【需要初始化好static成员，需要执行静态代码块，加载父类（可能）】

初始化阶段，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方法的过程。

双亲委派模型(优先级)

双亲委派模型是属于**"类加载"**中的一个环节"加载"过程中，其中的一个环节，负责根据全限定类名，找到.class文件。

类加载器(JVM中的一个模块)：

1.BootStrap ClassLoader(爷)

2.Extension ClassLoader(父)

3.Application ClassLoader(子)

类加载的过程（找.class文件的过程）：

1.给定一个类的全限类名，形如java.lang.String

2.从BootStrap ClassLoader作为入口，开始执行查找的逻辑

3.Application ClassLoade r，不会立即区扫描自己负责的目录（负责的是搜索项目当前目录的第三方库对应的目录），而是查找的任务交给它的父亲，Extension ClassLoader

4.Extension ClassLoader，也不会立即区扫描自己负责的目录（负责的是JDK中一些扩展的库，对应的目录），而是把查找的任务交给它的父亲BootStrap ClassLoader。

5.BootStrap ClassLoader (，也不想立即扫描自己负责的目录（负责的是标准库的目录），也想把他的任务交给它的父亲，结果发现自己没有父亲。因此BootStrap ClassLoader(只能亲自负责扫描标准库的目录。

像java.lang.String 这种能在标准库中找到对应的.class文件，就可以进行打开文件，读取文件...此时查找.class文件的过程就结束了。但是，如果给定的类不是标准库的类，任务仍然会被交给孩子来执行。

6.没有扫描到，就会回到Extension ClassLoader ，Extension ClassLoader 就会扫描负责的扩展库的目录。如果找到，就执行后续的类加载操作，此时加载过程就结束了。如果没有找到，还是把这个任务交给孩子来执行。

7.如果没有扫描到，就会回到Application ClassLoade r，Application ClassLoade r就会负责扫描当前项目和第三库的目录。如果找到就执行后续的类加载操作。如果没有找到，就会抛出一个ClassNotFoundException。

垃圾回收相关(GC)

GC回收的目标其实就是内存中的对象 【在Java中，即为new出来的这些对象】

而栈里的局部变量 ，是跟随着栈帧的生命周期走的.(方法执行结束，栈帧销毁，内存自然释放)

静态变量 ，生命周期就是整个程序。这和始终存在就意味着静态变量是无需释放的。

因此，真正需要GC释放 的就是堆上的对象。

两大步骤：

如果问"请你介绍垃圾回收"，那么你就可以介绍引用计数。如果让你介绍"Java的垃圾回收"就不需要介绍引用计数了。

1.找到垃圾

1)引用计数【Python、PHP】

new出来的对象，单独安排一块空间，来保存一个计数器。保存引用计数，描述这个对象有几个引用指向它。【在Java中，使用对象，必须依靠引用】如果一个对象，没有引用指向了，就可以视为垃圾了(即引用计数为0)；

存在问题：

1.比较浪费内存

2.引用技术机制，存在**"循环引用"**问题

2)可达性分析【Java】

可达性分析本质上是时间换空间这样子的手段，有一个/一组线程，周期性扫描我们代码中的所有对象 。从一些特定的对象出发，尽可能得进行访问得遍历，把所有能够访问到得对象，都标记成**"可达"** ，反之，经过扫描之后，未被标记得对象就是**"垃圾"**了。

可达性分析的出发点 有很多，不仅仅是所有的局部变量，还有常量池中引用的对象，还有方法区中的静态引用的变量......这些都统称为GCRoots;

2.释放垃圾

三种基本的思路

1.标记清除： 比较简单粗暴的释放方式（但是会产生很多内存碎片）

【释放内存 目的是为了让别的代码能够申请，申请内存就是申请到"连续"的内存空间】

**2.复制算法：**通过复制的方式，把有效的对象，归类到一起，再统一释放剩下的空间.

缺点：

1）内存要浪费一半，利用率不高

2）如果有效的对象非常多，拷贝开销就会很大

**3.标记整理：**既能够解决内存碎片的问题，又能处理复制算法中利用率的问题

类似于顺序表 删除元素的搬运操作

缺点：搬运的开销还是很大

实际上，JVM采取的释放思路，是上述基础思路的结合体。

**4.分代算法：**分代算法是通过区域划分，实现不同区域和不同的垃圾回收策略，从而实现更好的垃圾回收。这就好比中国的一国两制方针一样，对于不同的情况和地域设置更符合当地的规则，从而实现更好的管理，这就时分代算法的设计思想。

当前 JVM 垃圾收集都采用的是"分代收集(Generational Collection)"算法，这个算法并没有新思想，只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把Java堆分为新生代和老年代。在新生代中，每次垃圾回收都有大批对象死去，只有少量存活，因此我们采用复制算法；而老年代中对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须采用"标记-清理"或者"标记-整理"算法。

面试题 : 请问了解Minor GC和Full GC么，这两种GC有什么不一样吗？