一、JVM運行流程
如圖：
JVM由四個部分構成：
- 1.類加載器
加載類文件到內存 - 2.運行時數據區
寫的程序需要加載到這里才能運行 - 3.執行引擎
負責解釋命令，提交操作系統執行 - 4.本地接口
融合不同編程語言為java所用，如Java程序驅動打印機
二、JVM內存區域
其中， 方法區 是各個線程共享的一塊邏輯內存區域，它用于存儲已經被虛擬機加載的類型信息、常量、靜態變量、即使編譯器編譯后的代碼緩存等數據。方法區的實現在 Java8后的HotSpot虛擬機采用的是元空間（元空間在本地內存）。
在Java8之前，HotSpot虛擬機采用的是永久代（永久代在堆內存）來實現的方法區，這樣HotSpot的垃圾收集器能夠像管理Java堆內存一樣管理這部分內存，省去了為方法區編寫內存管理代碼的工作。但是其他虛擬機實現方法區時不存在永久代的概念。
三、類加載機制
Java程序不是一次性加載所有類到內存中的。JVM在運行時按需加之類。類加載機制負責將.class文件從磁盤、網絡等地方的資源加載到JVM的方法區，并最終在堆內存中創建對應Class對象，作為訪問該類型元數據的入口。
1.類加載的生命周期
- 1.加載
- 任務：查找并加載類的.class文件
- 結果：在方法區（jdk1.7）/元空間（jdk1.8）創建類運行時數據結構，并在堆內創建一個代表該類的一個java.lang.Class對象作為訪問這些數據的入口。
java.lang.Class 對象是 Java 類的運行時表示。它包含了類的元數據（如類名、字段、方法、構造函數等信息），并且提供了訪問這些元數據的方法。通過 Class 對象，程序可以在運行時動態地獲取類的信息、創建類的實例、調用方法、訪問字段等。
- 2.驗證：
- 目的：確保被加載類的字節碼文件是安全、合法的，符合JVM規范的，不會危害JVM安全的。
- 檢查內容：
- 文件格式驗證
- 元數據驗證（語義分析：是否有父類、是否繼承 final 類、方法覆蓋是否合法等）
- 字節碼驗證（最復雜：檢查方法體中的指令邏輯是否合法、類型轉換是否安全、跳轉指令是否指向合理位置等）
- 符號引用驗證（發生在解析階段，檢查符號引用能否被正確解析）
- 3.準備：
- 目的：為類的靜態變量分配內存（在方法區/元空間）并設置初始零值。
- 4.解析：
- 目的：將常量池的符號引用改成直接引用
- 符號引用：一組符號描述引用的目標
- 直接引用：可以是直接指向目標的指針、相對偏移量或能間接定義到目標的句柄。
- 解析目標：類或接口、字段、類方法、接口方法、方法類型、方法句柄、調用點限定符。
- 5.初始化：
- 目標：執行類的初始化代碼（() 方法）。
- () 方法：由編譯器自動收集類中所有類變量的賦值動作和靜態語句塊 (static{} 塊) 中的語句合并生成。
- 觸發時機：首次主動創建一個類時
- 父類優先： JVM 保證一個類的 () 方法執行前，其父類的 () 方法必須已執行完畢。
- 線程安全：JVM 會確保 () 方法在多線程環境下被正確地加鎖同步執行（只有一個線程能執行）。
- 6.使用
- 7.卸載
2.類加載器
負責實現“加載”階段。JVM 內置三類重要的類加載器，它們之間存在層次關系（雙親委派模型的基礎）：
- 1.啟動類加載器(Bootstrap ClassLoader):
- 是JVM自身的一部分
- 加載 JAVA_HOME/lib 目錄下的核心類庫（如 rt.jar, resources.jar, charsets.jar）或 -Xbootclasspath 參數指定的路徑下的類。
- 2.擴展類加載器(Extension ClassLoader / Platform ClassLoader - JDK9+):
- 加載 JAVA_HOME/lib/ext 目錄或 java.ext.dirs 系統變量指定路徑下的類庫。
- 3.應用程序加載器(Application ClassLoader / System ClassLoader):
- 加載用戶類路徑 (ClassPath) 下的類庫。開發者編寫的類通常由此加載器加載。
- 是程序中 ClassLoader.getSystemClassLoader() 的默認返回值。
四、雙親委派
當類加載器收到類加載請求時：
- 1.委派父加載器：不會立刻加載職工類，而是先委派給父加載器來加載。
- 2.遞歸委派：直到訂層的啟動類加載器
- 3.父加載器嘗試加載：
- 如果父加載器可以完成加載任務（在其負責的范圍內找到了該類），則成功返回該類。
- 如果父加載器無法完成加載任務（在其負責范圍內找不到該類），則子加載器才會嘗試自己去加載。
- 如果子加載器也找不到，則拋出 ClassNotFoundException。
優勢：
- 1.避免重復加載
- 2.保證核心類庫安全：例如，即使你在 ClassPath 下寫了一個 java.lang.Object 類，由于雙親委派，請求會最終委派給 Bootstrap Loader，它加載了真正的核心 Object 類，你的自定義 Object 不會被加載。
- 3.保證基礎類的統一性：確保核心類庫（如 java.lang.String）對所有子加載器可見且一致。
打破雙親委派的情況：
- SPI (Service Provider Interface): 如 JDBC。核心接口在 rt.jar 由 Bootstrap Loader 加載，但數據庫廠商的實現類在 ClassPath 下需要由 AppClassLoader 加載。為了解決這個矛盾，引入了線程上下文類加載器 (Thread Context ClassLoader, TCCL)，它通常默認是 AppClassLoader。核心代碼（如 DriverManager）在需要加載 SPI 實現時，使用 TCCL 來加載。
- 熱部署/熱替換: 如 Tomcat, OSGi。需要同一個類的不同版本共存。自定義類加載器需要能獨立加載同一類名的不同版本，不遵循父優先原則，而是先自己嘗試加載。
- 代碼熱替換 (HotSwap): 在調試時替換修改過的類，需要類加載器能重新加載類。
五、垃圾回收機制
1.判斷對象是否存活
1.引用計數法：
- 原理：為每個對象維護一個計數器，當對象被引用時計數器+1，引用失效時計數器-1，計數器為0時對象可回收。
- 缺點：無法解決循環引用問題（A 引用 B，B 引用 A，但 A 和 B 都不再被外部引用，計數器不為0）。
2.可達性分析算法
- 原理： 通過一系列稱為 “GC Roots” 的根對象作為起始點集，從這些節點開始向下搜索，搜索過程走過的路徑稱為 “引用鏈 (Reference Chain)”。如果一個對象到 GC Roots 沒有任何引用鏈相連（即不可達），則證明此對象是不可用的，可以被回收。
- GC Roots 對象包括:
- 虛擬機棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象。
- 本地方法棧中 JNI（即 Native 方法）引用的對象。
- 方法區中類靜態屬性引用的對象。
- 方法區中常量引用的對象（如字符串常量池里的引用）。
- Java 虛擬機內部的引用（如基本數據類型對應的 Class 對象，常駐的異常對象 NullPointerException、OutOfMemoryError 等，系統類加載器）。
- 所有被同步鎖（synchronized 關鍵字）持有的對象。
- 反映 Java 虛擬機內部情況的 JMXBean、JVMTI 中注冊的回調、本地代碼緩存等。
- 主流 JVM 使用此方法。
3.引用類型：
- 1.強引用：強引用不能被回收。
- 2.軟引用：當內存不足時才會被回收。
- 3.弱引用：下一次GC就被回收。
- 4.虛引用：最弱的引用。無法通過虛引用獲取對象實例。唯一目的是對象被回收時收到一個系統通知。用于跟蹤對象被垃圾回收的活動。
4.垃圾回收算法
- 1.標記清除法：
- 步驟：遍歷GC Roots標記所有可達對象，清除所有未被標記的對象。
- 缺點：慢，空間碎片化。
- 2.復制算法：
- 步驟：將可用內存按容量劃分為大小相等的兩塊（A 和 B）。每次只使用其中一塊（如 A）。當 A 用完了，就將 A 中還存活的對象復制到 B 上，然后一次性清理掉 A 上的所有空間。交換角色（現在使用 B）。
- 優點：塊，無大量不連續碎片內存。
- 缺點：內存縮小為原來的一半，代價高昂。適用于對象存活率低的場景（如新生代的 Eden 和 Survivor 區）。
- 3.標記整理法：
- 步驟：遍歷GC Roots標記所有可達對象，清除所有未被標記的對象，并且將存活對象都移動到空間的一端。
- 優點：沒有內存碎片。
- 缺點：移動存活對象并更新引用地址需要 STW (Stop-The-World) 時間較長。適用于對象存活率高的場景（如老年代）。
- 4.分代收集算法：
- 核心思想：根據對象存活周期的不同將堆劃分為新生代 (Young Generation) 和老年代 (Old Generation)。
- 新生代特點： 對象創建頻繁，存活率低。
- 回收算法: 主要采用復制算法（Minor GC / Young GC）。
- 老年代特點： 對象存活周期長，存活率高。
- 回收算法: 主要采用標記-清除或標記-整理算法（Major GC / Full GC）。
