📕1. JVM簡介

JVM 是 Java Virtual Machine 的簡稱，意為 Java虛擬機。 虛擬機是指通過軟件模擬的具有完整硬件功能的、運?在?個完全隔離的環境中的完整計算機系統。JVM 是?臺被定制過的現實當中不存在的計算機。

📕2. JVM運行流程

JVM 是 Java 運?的基礎，也是實現?次編譯到處執?的關鍵，那么 JVM 是如何執?的呢？

程序在執?之前先要把java代碼轉換成字節碼（class?件），JVM ?先需要把字節碼通過?定的?式把?件加載到內存中，?字節碼?件是 JVM 的?套指令集規范，并不能直接交個底層操作系統去執?，因此需要特定的命令解析器將字節碼翻譯成底層系統指令再交由CPU去執?，?這個過程中需要調?其他語?的接?來實現整個程序的功能，這就是這4個主要組成部分的職責與功能。

總結來看， JVM 主要通過分為以下 4 個部分，來執? Java 程序的，它們分別是：

1. 類加載器（ClassLoader）
2. 運?時數據區（Runtime Data Area）
3. 執?引擎（Execution Engine）
4. 本地庫接?（Native Interface）

📕3. JVM運行時數據區

JVM 運?時數據區域也叫內存布局，但需要注意的是它和 Java 內存模型（(Java Memory Model，簡稱 JMM）完全不同，屬于完全不同的兩個概念，它由以下 5 ?部分組成：

🌈 1. 堆

堆的作?：程序中創建的所有對象都在保存在堆中（除了對象的實例屬性外還有對象的頭信息）

堆??分為兩個區域：新?代和??代，新?代放新建的對象，當經過?定 GC 次數之后還存活的對象會放???代。新?代還有 3 個區域：?個 Eden + 兩個 Survivor（S0/S1）。

垃圾回收的時候會將 Eden 中存活的對象放到?個未使?的 Survivor 中，并把當前的 Endn 和正在使?的Survivor 清除。

🌈 2. 虛擬機棧

Java 虛擬機棧的作?：Java 虛擬機棧的?命周期和線程相同，Java 虛擬機棧描述的是 Java ?法執?的內存模型：每個?法在執?的同時都會創建?個棧幀（Stack Frame）?于存儲局部變量表、操作數棧、動態鏈接、?法出?等信息。咱們常說的堆內存、棧內存中，棧內存指的就是虛擬機棧。

通俗來說，棧幀里面包括方法的參數，方法中的局部變量，方法結束后返回值結果，方法結束后跳轉回的地址。

🌈 3. 線程計數器

程序計數器的作?：描述Java程序要運行的下一個字節碼的位置。

程序計數器是?塊?較?的內存空間，可以看做是當前線程所執?的字節碼的?號指?器。

如果當前線程正在執?的是?個Java?法，這個計數器記錄的是正在執?的虛擬機字節碼指令的地址；如果正在執?的是?個Native?法，這個計數器值為空。

🌈 4. 元數據區(Java8之前被稱為方法區)

我們在Java代碼中會創建類，基于類創建對象，創建的對象會有內存空間進行保存，同理類也要有內存空間進行保存。Java中提出了類對象的概念，通過一個特殊的對象，表示一個類的基本信息。在元數據區中，存放的就是類的對應指令。

在元數據區中會保存：
1.類的名字是啥
2.類繼承的父類是啥
3.實現的接口是啥
4.有啥屬性（屬性的名字，類型，限定修飾符）
5.有啥方法（方法的名字，參數列表，返回值，限定修飾符）
6.類靜態成員
7.靜態常量

元數據區的內容Java代碼干預不了，在Java代碼中寫多少類，元數據區的內容就確定了。

🌈 5. 總結

📕4. JVM類加載

類加載是JVM從最開始讀取的 .class文件，到最終構造完成類對象的整個過程。是把“類”從硬盤上加載到內存中。

??4.1 類加載過程

對于?個類來說，它的?命周期是這樣的：

其中前 5 步是固定的順序并且也是類加載的過程，其中中間的 3 步我們都屬于連接，所以對于類加載來說總共分為以下?個步驟：

1. 🌈加載

在加載 Loading 階段，Java虛擬機需要完成以下三件事情：

1.通過?個類的全限定類名（包名+類名）來獲取定義此類的?進制字節流
2.將這個字節流所代表的靜態存儲結構轉化為方法區的運?時數據結構。
3.在內存中?成?個代表這個類的Class對象，作為?法區這個類的各種數據的訪問??

2. 🌈驗證

驗證是連接階段的第?步，校驗上一步讀出來的.class文件是否是合法的。 這?階段的?的是確保Class?件的字節流中包含的信息符合《Java虛擬機規范》的全部約束要求，保證這些信息被當作代碼運?后不會危害虛擬機??的安全。如果驗證過程中發現某個地方的格式出現問題，就需要及時報錯，告知給程序員。

3. 🌈準備

準備階段是正式為類中定義的變量（即靜態變量，被static修飾的變量）分配內存并設置類變量初始值的階段。此處申請的空間是一個“未初始化”的空間，空間上的每個字節都是0。

//比如此時有這樣一行代碼：
private static int value = 123;
//此時value的值是0，而不是123

4. 🌈解析

解析過程是針對代碼中的常量進行初始化，也就是把.class文件中的常量也加載到內存中。
對于上述代碼中value，此時value的值就是123了。

5. 🌈初始化

初始化階段，Java 虛擬機真正開始執?類中編寫的 Java 程序代碼，執?類構造器?法。

??4.2 雙親委派模型

雙親委派模型是用于類加載過程中的第一個環節，根據類的全限定類名（包名+類名）找到對應的.class文件。

🚩什么是雙親委派模型？

如果?個類加載器收到了類加載的請求，它?先不會??去嘗試加載這個類，?是把這個請求委派給?類加載器（每一個類加載器都有一個parent屬性，記錄了自己的父親是誰，這個是無法篡改的，寫死在JVM源碼的）去完成，每?個層次的類加載器都是如此，因此所有的加載請求最終都應該傳送到最頂層的啟動類加載器中，只有當?加載器反饋???法完成這個加載請求（它的搜索范圍中沒有找到所需的類）時，?加載器才會嘗試??去完成加載。

JVM自帶了三種類加載器：

1. Bootstrap ClassLoader ：啟動類加載器，負責在Java的標準庫中進行查找
2. Extension ClassLoader：擴展類加載器，負責在Java的擴展庫中進行查找
3. Application ClassLoader：應用程序類加載器，負責在Java的第三方庫或者項目中進行查找

🚩雙親委派模型的優點：

1. 避免重復加載類：比如 A 類和 B 類都有?個?類 C 類，那么當 A 啟動時就會將 C 類加載起來，那么在 B 類進?加載時就不需要在重復加載 C 類了。
2. 安全性：使?雙親委派模型也可以保證了 Java 的核? API 不被篡改。比如我自己寫了一個String類，和標準庫的String類正好重復了，此時JVM加載的仍然是標準庫的String類，而不是我寫的String類。保證了安全性。

??4.3 破壞雙親委派模型

雙親委派模型是可以被打破的，程序員在特定的條件下可以實現自己的類加載器，自己實現的類加載器可以讓它遵守雙親委派模型，也可以不遵守雙親委派模型。這種情況會在編寫庫或者框架類代碼時出現，平時我們寫業務代碼并不會遇見。

📕5. JVM垃圾回收機制（GC機制）

上面我們介紹了JVM運行時的數據區，對于程序計數器，虛擬機棧，本地方法棧的生命周期與其對應的線程有關，隨著線程的結束進而銷毀。因此GC主要是回收堆上的對象。在 Java 中，所有的對象都是要存在內存中的（也可以說內存中存儲的是?個個對象），因此我們將內存回收，也可以叫做死亡對象的回收。GC回收并不是以字節為單位進行回收，而是以對象為單位進行回收。

??5.1 判斷死亡對象的算法

1. 🚩 引用計數算法

給對象增加?個引?計數器，每當有?個地?引?它時，計數器就+1；當引?失效時，計數器就-1；
任何時刻計數器為0的對象就是不能再被使?的，即對象已"死"。

引?計數法實現簡單，判定效率也?較?，在?部分情況下都是?個不錯的算法。?如Python語?就
采?引?計數法進?內存管理。

但是，引入計數算法有兩個弊端：

a) 消耗額外的空間大 : 假如對象只有4字節，計數器有2字節，額外浪費50%的內存空間，造成內存浪費。

b) 循環引用問題 :

2. 🚩可達性分析算法（Java所使用的方案）

此算法的核?思想為 : 通過?系列稱為"GC Roots"的對象作為起始點，從這些節點開始向下搜索，搜
索?過的路徑稱之為"引?鏈"，當?個對象到GC Roots沒有任何的引?鏈相連時(從GC Roots到這個對
象不可達)時，證明此對象是不可?的。以下圖為例：

對象Object5-Object7之間雖然彼此還有關聯，但是它們到GC Roots是不可達的，因此他們會被判定為可回收對象。

在Java語?中，可作為GC Roots的對象包含下??種：

1. 虛擬機棧(棧幀中的本地變量表)中引?的對象
2. ?法區中類靜態屬性引?的對象
3. ?法區中常量引?的對象
4. 本地?法棧中 JNI(Native?法)引?的對象

??5.2 垃圾回收算法

1. 🚩標記-清除算法

“標記-清除"算法是最基礎的收集算法。算法分為"標記"和"清除"兩個階段 : ?先標記出所有需要回收的對象，在標記完成后統?回收所有被標記的對象。后續的收集算法都是基于這種思路并對其不?加以改進?已。

"標記-清除"算法的不?主要有兩個 :

1. 效率問題：標記（標記就是可達性分析找到碎片的過程）和清除（直接釋放這部分的內存）這兩個過程的效率都不?
2. 空間問題：標記清除后會產??量不連續的內存碎?，空間碎?太多可能會導致以后在程序運?中需要分配較?對象時，?法找到?夠連續內存?不得不提前觸發另?次垃圾收集。

2. 🚩復制算法

"復制"算法是為了解決"標記-清理"的效率問題。它將可?內存按容量劃分為??相等的兩塊，每次只使?其中的?塊。當這塊內存需要進?垃圾回收時，會將此區域還存活著的對象復制到另?塊上?，然后再把已經使?過的內存區域?次清理掉。這樣做的好處是每次都是對整個半區進?內存回收，內存分配時也就不需要考慮內存碎?等復雜情況，只需要移動堆頂指針，按順序分配即可。此算法實現簡單，運??效。算法的執?流程如下圖 :

復制算法很好的解決了內存碎片問題，但仍然存在兩個弊端：

1. 內存浪費比較多
2. 如果存活的對象比較多，復制的開銷會非常大

3. 🚩標記-整理算法

這個方案類似于順序表刪除元素（我們會采用搬運元素的方法），這個方案雖然能解決內存碎片問題，也能避免復制算法的內存浪費，但是，搬運對象的成本也是比較高的。

4. 🚩分代算法

分代算法和上?講的 3 種算法不同，分代算法是通過區域劃分，實現不同區域和不同的垃圾回收策略，從?實現更好的垃圾回收。這就好?中國的?國兩制?針?樣，對于不同的情況和地域設置更符合當地的規則，從?實現更好的管理，這就是分代算法的設計思想。

當前 JVM 垃圾收集都采?的是"分代收集(Generational Collection)"算法，這個算法并沒有新思想，只是根據對象存活周期的不同將內存劃分為?塊。?般是把Java堆分為新?代和?年代。在新?代中，每次垃圾回收都有?批對象死去，只有少量存活，因此我們采?復制算法；??年代中對象存活率?、沒有額外空間對它進?分配擔保，就必須采?"標記-清理"或者"標記-整理"算法

我們將整個堆空間，分為新生代和老生代。新?代中98%的對象都是"朝??死"的，所以并不需要按照1 : 1的?例來劃分內存空間，?是將內存(新?代內存)分為?塊較?的Eden(伊甸園)空間和兩塊較?的Survivor(幸存者)空間，每次使?Eden和其中?塊Survivor（兩個Survivor區域?個稱為From區，另?個稱為To區域）。當回收時，將Eden和Survivor中還存活的對象?次性復制到另?塊Survivor空間上，最后清理掉Eden和剛才?過的Survivor空間。當Survivor空間不夠?時，需要依賴其他內存(?年代)進?分配擔保。

HotSpot默認Eden與Survivor的???例是8 : 1，也就是說Eden:Survivor From : Survivor To =8:1:1

HotSpot實現的復制算法流程如下:

1. 當Eden區滿的時候,會觸發第?次Minor gc,把還活著的對象拷?到Survivor From區；當Eden區再
   次觸發Minor gc的時候,會掃描Eden區和From區域,對兩個區域進?垃圾回收,經過這次回收后還存
   活的對象,則直接復制到To區域,并將Eden和From區域清空。
2. 當后續Eden?發?Minor gc的時候,會對Eden和To區域進?垃圾回收,存活的對象復制到From區域,
   并將Eden和To區域清空。
3. 部分對象會在From和To區域中復制來復制去,如此交換15次(由JVM參數MaxTenuringThreshold決
   定,這個參數默認是15),最終如果還是存活,就存?到?年代

哪些對象會進?新?代？哪些對象會進??年代？

? 新?代：?般創建的對象都會進?新?代；
? ?年代：?對象和經歷了 N 次（?般情況默認是 15 次）垃圾回收依然存活下來的對象會從新?代
移動到?年代。

🌰舉個例子：

當我們投簡歷時，簡歷會進入伊甸區，此時會收到非常多的簡歷。但是只有少數簡歷會經過挑選進入面試（從伊甸區進去幸存區），每一輪面試都會淘汰掉很多人，每次進入一輪面試就相當于存活過一輪GC，進入幸存區，當我們經過所有的面試拿到offer進入公司，就意味著我們進入了老生代。但是進入公司后也會有年終考核之類的評比，不過是考核時間長了。但是也有一類人能量非常強大，不用面試直接就能進入公司入職。