一、认识Java虚拟机
Java虚拟机是一个抽象（虚拟）的计算机，使得您的电脑能够运行 Java 程序，以及其他编译成 Java 字节码的程序
Java代码编译成.class字节码文件 => 在JVM上运行的指令 => JVM把这样的字节码再次翻译成二进制机器指令
引入虚拟机，就可以更好的跨平台，很好的支持不同操作系统和CPU
JVM 的核心作用：
- 内存区域划分
- 类加载机制
- 垃圾回收机制
二、JVM的内存区域划分
每次执行Java程序，本质上就是创建了一个对应的JVM，每个Java进程内部都包含了JVM
JVM运行时数据区
1. 程序计数器
很小的区域，只保存一个数字 => 下一条要执行的Java字节码指令的地址
在内存中，通过软件维护（JVM的源码）
2.栈
1.虚拟机栈
给Java程序使用的栈，维护了方法调用的关系（后进先出）
一个栈帧包括调用方法的实参、方法内部的局部变量、方法结束后要返回的上层方法的位置、返回值等等
2.本地方法栈
给C++代码使用的，因为JVM底层是C++实现的（方法修饰中的native）
3.堆（最大的区域）
存储new对象/普通成员变量
new出来的对象全都放在堆中
4.元数据区
存储类对象/static修饰的成员
.Java文件的时候，编写类/方法 => .class文件
JVM运行的时候，就会把.class文件读取到内存中，还需要一些特定的结构表示
注意：有些情况下，内存会溢出
栈溢出：包含的方法调用关系太多了（栈帧）
堆溢出：new的对象太多了
上面这些内存区域，针对程序计数器和栈是存在多份的（每个线程都有自己的），而对于堆和元数据区，一个进程中只有一份（new出来的对象，是可以直接被另一个线程使用的）
三、JVM的类加载机制
把.class文件读取放到内存中，构建出类对象过程
1.类加载的流程
- 加载
把.class文件找到，打开文件，并且读取文件的数据到内存当中，根据代码中的全限定类名，找到对应的.class文件 - 验证
确保加载的字节流符合 JVM 规范，并且不会危害虚拟机自身的安全 - 准备
为类的静态变量分配内存，并设置默认的初始值，在元数据区，Java默认把新申请的，未初始化的内存全都置为0，此时static成员的值也是0 - 针对字符串常量初始化
把当前的.class中的字符串常量，也放到内存中 - 初始化
针对类对象进行初始化操作，初始化类的静态成员，执行静态代码块，对父类的加载
什么时候会加载某个类？？？
懒汉思想，用的时候再加载
1.new这个对象的实例
2.调用这个类的静态方法/访问静态成员
3.针对某个子类的加载，会触发父类的加载
2.双亲委派模型
出现在类加载的第一步，用来找.class文件，涉及到一个模块，称为类加载器，JVM中包含3个类加载器
- 启动类加载器 (Bootstrap CL)
负责加载Java标准库中的类 - 扩展类加载器 (Extension CL)
负责加载Java扩展库中的类 - 应用程序类加载器 (Application CL)
负责加载第三方库/当前项目中的类
双亲委派模型，约定了类加载的优先级
标准库最先加载，其次是扩展库，最后是第三方库/当前项目
四、JVM的垃圾回收机制
1.内存泄漏：
堆上的内存光申请不释放，使用的内存越来越多，直到没有空闲内存，内存申请就会失败
JVM的垃圾回收机制就可以更好的解决内存泄漏问题，JVM 专门指派一些线程，这些线程周期性扫描已经申请内存（new的对象）自动判定，当前这个内存是否已经不再使用，如果不使用，就会释放掉对象/内存
Java的GC回收的内存是啥？
GC是以对象为单位进行内回收的（不是字节）
2.垃圾回收是如何进行的？
（1）找出谁是垃圾（不再使用的对象）
（2）释放垃圾对象对应的内存
如果某个对象，没有引用指向，此时就可以认为这个对象不再使用（宁可放过，也不要错杀）
3. 如何判定对象有没有引用指向？
方案一：引用计数（是Python/PHP方案）
给每个对象身上安排一个空间，这个空间存储一个整数表示指向这个对象引用的个数，若计数为0，则可以释放
缺点：1.消耗更多的内存空间 2.产生循环引用，导致误判
方案二：可达性分析
在一个Java代码中，一系列对象，引用存在一定的关系，类似于树型结构
可达性分析就是从树的根节点出发，尝试遍历这个对象树，遍历过程中凡是经过的对象，全都标记为可达 ，另一方面，JVM自身知道自己一共有哪些对象，除去可达的，剩下的就是不可达 ，随着代码的运行，对象之间的引用关系实时变化，上述可达性分析需要周期性进行
GCRoots作用对象：
1.栈上的局部变量
2.常量池引用所指向的对象
3.所有的引用类型静态成员
注意：一轮GC要把所有的GCRoots都尽可能的遍历，尽可能标记可达
缺点：需要消耗更多的CPU资源/更多的时间
4. 如何识别对象是垃圾？
通过引用识别，可达性分析，从所有的GCRoots出发，尽可能遍历访问到的对象都标记为可达，剩下的就是不可达
5. 识别出垃圾之后，如何释放内存?
- 标记-清除
把标记出来的垃圾，直接释放掉，这些被释放的内存的地址是离散的 ，形成了内存碎片 ，二申请内存，都是申请连续内存 - 复制算法
能够有效解决内存碎片问题，同一时刻只是用其中的一半
缺点：1.空间利用率很低（最多只能用到50%） 2.如果当前存活的对象很多，复制开销就很大 - 标记-整理
对于空间利用率，得到了改善
类似于顺序表删除中间元素 => 搬运（开销同样可能很大）
6.对于Java实际情况来说，综合了上面的策略，构成了一个更复杂的方案：分代回收
根据不同对象的情况/特点，采取不同的方案
对象年龄 => GC扫描的轮次，某个对象经过很多次GC都没有被释放，说明年龄比较大
整个堆，分为两个大部分：
- 新new的对象，放到伊甸区
- 伊甸区对象经过第一轮GC的时候，把大部分淘汰掉（经验规律：大部分的新对象，生命周期非常短）没有淘汰的对象，通过复制算法进入到幸存区，幸存区有两部分，每次只用其中的一部分
- 下一轮GC也会针对幸存区的对象扫描，还会再次淘汰一大批的对象，没有淘汰的对象，通过复制算法，进入到另一个幸存区（经验规律：每轮GC淘汰大部分的新对象，因此触发复制对象很少）
- 随着每一轮GC的进行，对象就会在新生代来回拷贝，每次拷贝，对象的年龄 + 1
- 经过一定时间之后，对象的年龄到达一定的阈值，此时就会把这个对象拷贝到老年代
- 对象进入老年代之后，针对老年代的GC频率比新生代低很多，减少了扫描的开销，老年代发现对象是垃圾，采取标记-整理的方式处理，虽然整理一次，比较消耗资源，但是频率很少
- 如果某个对象占据的内存非常大，就会直接放到老年代
上面的分代回收过程，严格来说，并不是真实情况，而是一个简化版
7.JVM垃圾回收器
CMS：能够尽可能多线程标记，尽可能不影响业务
GI：能够处理内存空间特别大的情况（划分更多的内存空间），一次GC只回收其中的一部分
ZGC：目前没有被JVM采纳，尽量使垃圾回收对业务逻辑的影响时间短，理想情况达到0.1ms以内
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