JVM的内存划分
类的加载机制
垃圾回收机制
JVM的内存划分
为什么要进行内存划分？
因为JVM是仿照真实的机器设置的虚拟机，在真实的操作系统中，对进程的空间是有分区设计的，所以JVM也仿照实现了分区域的设计
示意图
在操作系统中，JVM申请一些内存空间后，会根据自己的需求对这个内存进行分配
举例子
就好比你向别人买了一本书，这本书哪里写什么，写在哪里都是随便你的
JVM具体的是怎么划分的？
示例图
四个核心区域
1.程序计数器
一块很小的区域，用来记录指令执行到哪个地址
2.元数据区
保存当前类加载后的数据，比如类的结构，类的方法和字段的定义，属性，参数之类的
.java通过javac编译成.class字节码文件，JVM的类加载器读取class文件，然后存储到元数据区
3.栈
保存方法的调用关系，每次调用方法，就会进入方法的内部执行，方法执行完毕，就返回调用位置继续执行，大小一般是几MB到几十MB
举例
这个栈也是满足先进后出，此处的栈和数据结构的栈不一样
数据结构栈vsJVM栈
数据结构的栈是一种逻辑结构，规定先进后出，可以用链表，数组实现
JVM栈是JVM中具体的一块区域，他说数据结构栈的实际运用场景
这个是可以理解成当程序启动的时候就会创建main，然后在里面如果调用方法，就会创建一个栈帧，然后执行完弹出，继续执行main，然后如果有新的方法调用就会继续执行上述的过程
JVM这个进程，是由C++代码实现的程序，这个进程本身也是存在一系列的方法调用的
在C++的代码中，又构建处理一个JVM虚拟机程序，通过C++的代码执行class文件，通过执行字节码的时候，又创建出一个新的JAVA栈，C++实现的栈，JAVA是无法干预的
上述过程可以理解为套娃，操作系统里面有C++的栈，C++里面有JAVA的栈
4.堆
堆是JVM中最大的空间区域，用来保存new的对象的
Test t = new Test（）；
如果t是一个局部变量，t在栈上
如果t是一个成员变量，t作为new的一部分存在堆上
如果t是一个静态成员变量，t在元数据区
因为堆是JVM最大的内存区域，所以如果堆上的对象不使用，就会被GC回收
总结
元数据区和堆，整个JAVA进程用的都是同一份
只有栈和程序计数器一个进程可能有多份，因为有多线程的存在
JVM类的加载过程
-
类加载的步骤
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类加载的双亲委派模型
类加载的步骤
分为三个大的阶段，其中第二个阶段分为三个步骤，所以一共是五个步骤
1.加载
找到.class文件
会根据类的全限定名打开文件，读取文件的内容到内存中
全限定名（类似于java.lang.String）
类加载.class-类对象
2.验证
解析class文件的读到的内容，是否合法，并且把内容转化成结构化的数据
Class文件，属于二进制的文件，这个文件的格式是有明确的规定的
JAVA官方规定
开头的magic是魔数，用来区分不同的二进制的文件类型
U4表示四个字节的无符号整数
U2表示两个字节的无符号整数
Cp_info filed-info 等表示的是其他的结构体
3.准备
给类申请内存空间，申请的空间（全0的空间）
4.解析
针对字符串常量，进行初始化
字符串常量，本身就包含在class文件中，需要在class文件中解析出来，然后放到内存空间（元数据区或常量池）
5.初始化
针对类对象的各种属性进行填充，如果这个类还有父类没加载，也会触发父类的类加载
双亲委派模型
Parent，更准确来说，并不是双亲，而是双亲中的一方，更适合叫做父亲委派模型
类加载器：JVM中，有专门的模块，负责类的加载
JVM提供了三种类加载器
BoostrapClassLoader
ExtensionClassLoader
ApplicationClassLoader
这三个类加载器负责查找的范围是不一样的
双亲委派模型过程
说人话
当儿子拿到任务之后，不干，丢给父亲干，父亲不干，丢给爷爷干，爷爷能干就干完，干不了，丢给父亲，父亲能干就干，不能干，丢给儿子，儿子能干就干，干不了，那得了，直接就抛异常
注意，类加载器，程序员也是可以自己定义的，你可以选择把你的类加载器放到双亲委派中去，也可以选择不放
垃圾回收(GC)
JAVA中释放内存的手段，就是通过垃圾回收(GC)
GC
GC，会自动帮我们释放内存，那这么好用C++为什么不引入？
GC虽然会自动释放内存，但是他有一个问题STW（stop the world）
在触发了大规模的GC的情况下，会导致其他的业务代码停下，等GC结束再继续执行，而C++考虑的是极致的性能，所以就不考虑，在jdk17之后基本上GC可以控制在1ms之内了。
GC回收的是哪里？
GC回收的主要是堆上的数据，有很多新对象的产生，同时也会有很多的旧对象消亡
GC的工作流程
-
找到垃圾（不使用的对象）
-
释放垃圾（释放掉对应的内存）
找到垃圾
引入计数
常见于Python和PHP
原理：每个对象在new的时候，会搭配一个小的内存空间，保存一个整数，这个整数就表示当前有多少个引用指向他，每次进行引用赋值的时候，就会自动触发计数的修改，通过引用计数就知道有多少个引用，当引用为0的时候，就认为这个对象是垃圾
弊端：
内存消耗更多
当对象本身就很小的情况下，引入计数的消耗空间的比例就很大
假设引用计数是四个字节，对象本身是八个字节
那么引用计数就提高了50%的空间占用率，这个可是非常恐怖的情况
可能出现循环引用的情况
彼此之间相互引用，但是确保标签ab都撕了
构成了类似于死锁的情况，导致这两个的引用都不为0，这两个对象就都无法使用
可达性分析
JAVA中采用的就是可达性的分析
引入计数，空间花销变大
可达性分析，使用时间换空间
以一些特定的对象作为遍历的起点
- 栈上的局部变量（引用类型）
- 常量池引用指向的对象
- 静态成员（引用类型）
- 尽可能的进行遍历
判断某个对象是否能够访问到
每次访问到一个对象就会把这个对象标记成可达
当所有的对象都被遍历完之后，未被标记成可达的对象，就是不可达，那么就会被标记成垃圾，接下来就要等待GC的回收
举例
会一步一步，一个个都去遍历，找到就标记可达，找不到就标记不可达
在这段代码中，模拟了可达性分析的过程，JVM会一步步往后走，能到达就标记可以，不可以就标记成垃圾，这样就可以确保找到垃圾
如果把root.right.right标记成null，那么在下一轮的GC扫描中，会发现这个对象不可达，就会标记成垃圾，就会被清除
GC的扫描是周期性的，隔一段时间就会触发，这个也是C++为什么不引入GC的原因，影响效率。
如何进行垃圾回收？
标记-清除
把垃圾对象的内存做个标记，然后直接清除，这样做会产生内存碎片问题
清楚之后的空间并不是连续的，这个就会导致本来是4GB的内存，需要浪费1GB进行存储这些碎片，而且由于申请内存空间的时候，必须是连续的，不能是这种断开的，这就会导内存没放东西，但是就是被卡着，不给你用
复制算法
会申请两倍的空间，一半用来存储，一半用来复制，每次使用就只使用其中的一部分
把不是垃圾的对象拷贝到一侧，是垃圾的就直接清楚，然后把一侧彻底释放，这样就解决了前面的内存碎片问题
弊端
- 空间利用率低
- 一旦不是垃圾的对象很多，或者对象很大，那么复制的成本就会很高
标记-整理
在优化了内存碎片的同时保证内存的利用率
使用一个数组，每当产生了垃圾的时候，就使用后一个覆盖前一个，这样就解决了空间的问题，类似于顺序表的搬运
弊端
依旧还是复制，如果很大的情况下，依旧是需要消耗大部分的资源
分代回收（JAVA的答案）
代，表示的是年龄，也就是被GC扫描的次数
某个对象被GC的可达性分析一轮，如果不是垃圾，那么该对象的年龄就+1
策略
针对不同的年龄对象，采用不同的策略
- 如果是年龄大的对象，那么大概率就会存在很久，扫描的次数就会降低
- 如果是年龄小的，大概率会很快就夭折，所以扫描的次数就会很高
（能活下来的就是老油条，肯定有能活着的本事，小年轻就不好说了，容易夭折）
过程
创建一个对象，这个对象首先会被放在伊甸园，然后经过GC的扫描，这个时候大部分的对象都会被消灭，剩下的会通过复制算法，复制到幸存者区，在幸存者区中，已经剩下很少的对象了，这个时候，也是要被GC扫描的，也会被淘汰掉一部分，然后剩下的会被通过复制算法，再被复制到新的幸存者区，来回反复，如果经历了多次的GC扫描都没问题的情况下，那么就会被复制到老年代，这里也会接受GC的扫描，不过次数会减少
因为新生代的对象，大部分都会很快就被GC干掉，所以这个时候的复制算法的开销就是可控的，老年代的生命周期都是很长的，所以开销也是可控的
注意：当某个对象足够大的时候，就会直接进入老年代，不需要进行淘汰
GC垃圾回收的基本单位是对象
举例
伊甸园：公司收到大量简历，筛选掉大部分
幸存区：经过笔试和面试剩下的人
老年代：进入公司之后虽然成为了正式员工，但是还是有绩效考核
注意：背景够用可以直接不用面试直接入职（老板儿子）