JVM类的加载JVM内存JVM垃圾回收机制

总结JVM面试的三大块：

1. Java类的加载过程

2. JVM内存堆栈

3. JVM垃圾回收机制

JVM五大内存区域

Java虚拟机栈 这是线程私有的，生命周期与线程相同，存储局部变量，动态链接，方法，操作栈等 如果栈操作深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出stackOverFlowError 如果栈申请不到足够的内存，将抛出outOfMemory 本地方法栈 与虚拟机栈类似，但是所执行的是native方法（非java语言实现的方法） 方法区 存放已被虚拟机加载后的类信息、常量和静态变量等数据 常量池中存放类的版本、字段、方法、接口等描述信息 Java堆 所有线程共享，存放对象实例 程序计数器 当前线程所执行的字节码的行号指示器

 

一、Java类的加载过程

jvm将类加载过程分为三个步骤：装载、链接、初始化。然后链接又包括验证、准备、解析。

装载：查找并加载类的二进制数据；

链接：

      验证：确保被加载类的正确性；

      准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值；

      解析：把类中的符号引用转换为直接引用；

初始化：为类的静态变量赋予正确的初始值

1. 类的初始化

    类什么时候才被初始化：

1）创建类的实例，也就是new一个对象

2）访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值

3）调用类的静态方法

4）反射（Class.forName("com.lyj.load")）

5）初始化一个类的子类（会首先初始化子类的父类）

6）JVM启动时标明的启动类，即文件名和类名相同的那个类

         只有这6中情况才会导致类的类的初始化。

     类的初始化步骤：

        1）如果这个类还没有被加载和链接，那先进行加载和链接

        2）假如这个类存在直接父类，并且这个类还没有被初始化（注意：在一个类加载器中，类只能初始化一次），那就初始化直接的父类（不适用于接口）

         3)加入类中存在初始化语句（如static变量和static块），那就依次执行这些初始化语句。

2.类的加载

       类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个这个类的java.lang.Class对象，用来封装类在方法区类的对象。看下图

类的加载的最终产品是位于堆区中的Class对象
        Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口

加载类的方式有以下几种：

 1）从本地系统直接加载

2）通过网络下载.class文件

3）从zip，jar等归档文件中加载.class文件

4）从专有数据库中提取.class文件

5）将Java源文件动态编译为.class文件（服务器）

二、JVM内存

Java能够实现跨平台的一个根本原因，是定义了class文件的格式标准，凡是实现该标准的JVM都能够加载并解释该class文件。

以下是JVM的一个基本架构图,在这个基本架构图中，栈有两部份，Java线程栈以及本地方法栈，栈的概念与C/C++程序基本上都是一个概念,里面存放的都是栈帧，一个栈帧代表的就是一个函数的调用，在栈帧里面存放了函数的形参，函数的局部变量, 返回地址等，但是与C/C++的一个重要区别是，C/C++里面有传值以及传址的区别，当传的是一个对象时（ 结构体也可以当成对象，其实就是对象~，只不过里面的方法默认都是public的，不信你可以试试，在结构体中加一个函数，编译器也不会报错，程序依旧运行~~~）,会将对象复到到栈中，而Java中只有基本类型才是传值的，其他类型传的都是引用，什么是引用，学过C/C++的就把引用当作指针理解吧~~~，在这个基本架构图中，可以看出JVM还定义了一个本地方法栈，本地方法栈是为Java调用本地方法【这些本地方法是由其他语言编写的】服务的

上面的图中看到的是JVM中栈有两个，但是堆只有一个，每一个线程都有自已的线程栈【线程栈的大小可以通过设置JVM的-xss参数进行配置，32位系统下，一般默认的大小是512K】，线程栈里面的数据属于该线程私有，但是所有的线程都共享一个堆空间,堆中存放的是对象数据，什么是对象数据，排除法，排除基本类型以及引用类型以外的数据都将放在堆空间中，下面来具体分析一下堆空间...

JVM中堆空间划分如下图所示

上图中，刻画了Java程序运行时的堆空间,可以简述成如下2条

1.JVM中堆空间可以分成三个大区，新生代、老年代、永久代

2.新生代可以划分为三个区，Eden区，两个幸存区

在JVM运行时，可以通过配置以下参数改变整个JVM堆的配置比例

1.JVM运行时堆的大小

　　-Xms堆的最小值

　　-Xmx堆空间的最大值

2.新生代堆空间大小调整

　　-XX:NewSize新生代的最小值

　　-XX:MaxNewSize新生代的最大值

　　-XX:NewRatio设置新生代与老年代在堆空间的大小

　　-XX:SurvivorRatio新生代中Eden所占区域的大小

3.永久代大小调整

　　-XX:MaxPermSize

4.其他

　  -XX:MaxTenuringThreshold,设置将新生代对象转到老年代时需要经过多少次垃圾回收，但是仍然没有被回收

在上面的配置中，老年代所占空间的大小是由-XX:SurvivorRatio这个参数进行配置的,看完了上面的JVM堆空间分配图，可能会奇怪，为啥新生代空间要划分为三个区Eden及两个Survivor区？有何用意？为什么要这么分？要理解这个问题，就得理解一下JVM的垃圾收集机制（复制算法也叫copy算法),步骤如下:

复制算法（copying）

将内存平均分成A、B两块，算法过程：

1、新生对象被分配到A块中未使用的内存当中，当A块的内存用完了，把A块中存活的对象复制到B块，

2、清理A块中的所有对象

3、新生对象被分配到B块中未使用的内存当中，当B块的内存用完了，把B块中存活的对象复制到A块，

4、清理B块中的所有对象

5、重复1-4

优点是：简单高效

缺点：内存代价高，有效内存为占用的一半

图解说明如下所示:（图中后观是一个循环过程）

 

对复制算法进一步优化：使用Eden/S0/S1三个分区

平均分成A/B块太浪费内存，采用Eden/S0/S1三个区更合理，空间比例为Eden:S0:S1==8:1:1，有效内存（即可分配新生对象的内存）是总内存的9/10。

算法过程：

1. Eden+S0可分配新生对象；

2. 对Eden+S0进行垃圾收集，存活对象复制到S1。清理Eden+S0。一次新生代GC结束。

3. Eden+S1可分配新生对象；

4. 对Eden+S1进行垃圾收集，存活对象复制到S0。清理Eden+S1。二次新生代GC结束。

5. goto 1。

默认Eden:S0:S1=8:1:1,因此，新生代中可以使用的内存空间大小占用新生代的9/10,那么有人就会问，为什么不直接分成两个区，一个区占9/10,另一个区占1/10，这样做的原因大概有以下几种

1.S0与S1的区间明显较小，有效新生代空间为Eden+S0/S1，因此有效空间就大，增加了内存使用率

2.有利于对象代的计算，当一个对象在S0/S1中达到设置的XX:MaxTenuringThreshold值后，会将其分到老年代中，设想一下，如果没有S0/S1,直接分成两个区，该如何计算对象经过了多少次GC还没被释放,你可能会说，在对象里加一个计数器记录经过的GC次数，或者存在一张映射表记录对象和GC次数的关系，是的，可以，但是这样的话，会扫描整个新生代中的对象, 有了S0/S1我们就可以用S0/S1记录对象经过的代数【当然这取决于具体的Java虚拟机的实现】

三、JVM垃圾回收机制

GC：垃圾回收机制

前言：Java语言出来之前，大家都在拼命的写C或者C++的程序，而此时存在一个很大的矛盾，C++等语言创建对象要不断的去开辟空间，不用的时候有需要不断的去释放控件，既要写构造函数，又要写析构函数，很多时候都在重复的allocated，然后不停的~析构。于是，有人就提出，能不能写一段程序在实现这块功能，每次创建，释放控件的时候复用这段代码，而无需重复的书写呢？

那究竟GC为我们做了什么操作呢？

1、    哪些内存需要回收？ 2、    什么时候回收？ 3、    如何回收？

这时候有人就会疑惑了，既然GC已经为我们解决了这个矛盾，我们还需要学习GC么？当然当然是肯定的，那究竟什么时候我们还需要用到的呢？

1、    排查内存溢出 2、    排查内存泄漏 3、    性能调优，排查并发瓶颈

我们知道，GC主要处理的是对象的回收操作，那么什么时候会触发一个对象的回收的呢？

1、 对象没有引用 2、作用域发生未捕获异常 3、程序在作用域正常执行完毕 4、程序执行了System.exit()  5、程序发生意外终止（被杀进程等）

根搜索算法

                   根搜索算法是从离散数学中的图论引入的，程序把所有的引用关系看作一张图，从一个节点GC ROOT开始，寻找对应的引用节点，找到这个节点以后，继续寻找这个节点的引用节点，当所有的引用节点寻找完毕之后，剩余的节点则被认为是没有被引用到的节点，即无用的节点。

目前java中可作为GC Root的对象有

1、    虚拟机栈中引用的对象（本地变量表）

2、    方法区中静态属性引用的对象

3、    方法区中常量引用的对象

4、    本地方法栈中引用的对象（Native对象）

说了这么多，其实我们可以看到，所有的垃圾回收机制都是和引用相关的，那我们来具体的来看一下引用的分类，到底有哪些类型的引用？每种引用都是做什么的呢？

Java中存在四种引用，每种引用如下：

1、  强引用

只要引用存在，垃圾回收器永远不会回收

Object obj = new Object();

//可直接通过obj取得对应的对象 如obj.equels(new Object());

而这样 obj对象对后面new Object的一个强引用，只有当obj这个引用被释放之后，对象才会被释放掉，这也是我们经常所用到的编码形式。

2、  软引用

非必须引用，内存溢出之前进行回收，可以通过以下代码实现

Object obj = new Object();

SoftReference<Object> sf = new SoftReference<Object>(obj);

obj = null;

sf.get();//有时候会返回null

这时候sf是对obj的一个软引用，通过sf.get()方法可以取到这个对象，当然，当这个对象被标记为需要回收的对象时，则返回null；
软引用主要用户实现类似缓存的功能，在内存足够的情况下直接通过软引用取值，无需从繁忙的真实来源查询数据，提升速度；当内存不足时，自动删除这部分缓存数据，从真正的来源查询这些数据。

3、  弱引用

第二次垃圾回收时回收，可以通过如下代码实现

Object obj = new Object();

WeakReference<Object> wf = new WeakReference<Object>(obj);

obj = null;

wf.get();//有时候会返回null

wf.isEnQueued();//返回是否被垃圾回收器标记为即将回收的垃圾

弱引用是在第二次垃圾回收时回收，短时间内通过弱引用取对应的数据，可以取到，当执行过第二次垃圾回收时，将返回null。

弱引用主要用于监控对象是否已经被垃圾回收器标记为即将回收的垃圾，可以通过弱引用的isEnQueued方法返回对象是否被垃圾回收器

4、  虚引用（幽灵/幻影引用）

           垃圾回收时回收，无法通过引用取到对象值，可以通过如下代码实现

Object obj = new Object();

PhantomReference<Object> pf = new PhantomReference<Object>(obj);

obj=null;

pf.get();//永远返回null

pf.isEnQueued();//返回从内存中已经删除

虚引用是每次垃圾回收的时候都会被回收，通过虚引用的get方法永远获取到的数据为null，因此也被成为幽灵引用。

虚引用主要用于检测对象是否已经从内存中删除。

在上文中已经提到了，我们的对象在内存中会被划分为5块区域，而每块数据的回收比例是不同的，根据IBM的统计，数据如下图所示：

我们知道，方法区主要存放类与类之间关系的数据，而这部分数据被加载到内存之后，基本上是不会发生变更的，

Java堆中的数据基本上是朝生夕死的，我们用完之后要马上回收的，而Java栈和本地方法栈中的数据，因为有后进先出的原则，当我取下面的数据之前，必须要把栈顶的元素出栈，因此回收率可认为是100%；而程序计数器我们前面也已经提到，主要用户记录线程执行的行号等一些信息，这块区域也是被认为是唯一一块不会内存溢出的区域。在SunHostSpot的虚拟机中，对于程序计数器是不回收的，而方法区的数据因为回收率非常小，而成本又比较高，一般认为是“性价比”非常差的，所以Sun自己的虚拟机HotSpot中是不回收的！但是在现在高性能分布式J2EE的系统中，我们大量用到了反射、动态代理、CGLIB、JSP和OSGI等，这些类频繁的调用自定义类加载器，都需要动态的加载和卸载了，以保证永久带不会溢出，他们通过自定义的类加载器进行了各项操作，因此在实际的应用开发中，类也是被经常加载和卸载的，方法区也是会被回收的！但是方法区的回收条件非常苛刻，只有同时满足以下三个条件才会被回收！

1、所有实例被回收

2、加载该类的ClassLoader被回收

3、Class对象无法通过任何途径访问(包括反射)

好了，我们现在切入正题，Java1.2之前主要通过引用计数器来标记是否需要垃圾回收，而1.2之后都使用根搜索算法来收集垃圾，而收集后的垃圾是通过什么算法来回收的呢？

1、    标记-清除算法

2、    复制算法

3、    标记-整理算法

 附上转载链接：https://blog.csdn.net/goodstuddayupyyeah/article/details/68237660