前言

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JVM可以分为3大部分：类加载器，运行时数据区和执行引擎

一、Java内存区域划分

1. Java内存区域到底划分了哪几个区？

大体上有五个分区，分别是堆，方法区，虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器。其中堆区和方法区线程共享，其他区域线程私有。（有的还说包括直接内存）

2. 每个区具体放了什么？

堆区（新生代、老年代）:存放对象和数组，是GC 主要作用区域。

方法区 PermGen（永久代）：存放虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码等数据。在 JDK 1.8 中， HotSpot 已经没有 “PermGen space”这个区间了，取而代之是一个叫做 Metaspace（元空间）的东西

虚拟机栈：描述Java方法执行时的内存模型，为执行Java方法服务。栈帧中存放局部变量表、操作数栈、动态变量表、方法返回地址

本地方法栈：描述本地方法Native执行的内存模型，为执行本地方法服务。

程序计数器：为执行字节码指令服务，通过改变计数器值来选取下条指令。该内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OOM（内存溢出：OutOfMemoryError）情况的区域

直接内存：可以使用Native函数库直接分配堆外内存。避免Java堆和Native堆来回复制数据。

3.是不是所有的对象和数组都会在堆内存分配空间？

不一定，随着JIT编译器的发展，在编译期间，如果JIT经过逃逸分析，发现有些对象没有逃逸出方法，那么有可能堆内存分配会被优化成栈内存分配。

逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域：当一个对象在方法中被定义后，它可能被外部方法所引用，例如作为调用参数传递到其他地方中，称为方法逃逸。

例如下面的代码，StringBuffer sb是一个方法内部变量，上述代码中直接将sb返回，这样这个StringBuffer有可能被其他方法所改变，这样它的作用域就不只是在方法内部，虽然它是一个局部变量，称其逃逸到了方法外部。甚至还有可能被外部线程访问到，譬如赋值给类变量或可以在其他线程中访问的实例变量，称为线程逃逸

public static StringBuffer craeteStringBuffer(String s1, String s2) {
    StringBuffer sb = new StringBuffer();
    sb.append(s1);
    sb.append(s2);
    return sb;
}

上述代码如果想要StringBuffer sb不逃出方法，可以这样写：

public static String createStringBuffer(String s1, String s2) {
    StringBuffer sb = new StringBuffer();
    sb.append(s1);
    sb.append(s2);
    return sb.toString();
}

二、Java堆内存划分

1.堆的内存划分

堆被划分成两个不同的区域：新生代 ( Young )、老年代 ( Old )。新生代 ( Young ) 又被划分为三个区域：Eden、From Survivor、To Survivor

堆大小 = 新生代 + 老年代

默认情况下，新生代 ( Young ) 与老年代 ( Old ) 的比例的值为 1:2， Eden : from : to = 8 : 1 : 1 。

2.堆的垃圾回收方式

Java 中的堆也是 GC 收集垃圾的主要区域。GC 分为两种：Minor GC、Full GC ( 或称为 Major GC )。

Minor GC 是发生在新生代中的垃圾收集动作，所采用的是复制算法。

回收过程如下：

当对象在 Eden ( 包括一个 Survivor 区域，这里假设是 from 区域 ) 出生后，在经过一次 Minor GC 后，如果对象还存活，并且能够被另外一块 Survivor 区域所容纳(上面已经假设为 from 区域，这里应为 to 区域，即 to 区域有足够的内存空间来存储 Eden 和 from 区域中存活的对象 )，则使用复制算法将这些仍然还存活的对象复制到另外一块 Survivor 区域 ( 即 to 区域 ) 中，然后清理所使用过的 Eden 以及 Survivor 区域 ( 即 from 区域 )，并且将这些对象的年龄设置为1，以后对象在 Survivor 区每熬过一次 Minor GC，就将对象的年龄 + 1，当对象的年龄达到某个值时 ( 默认是 15 岁，可以通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold 来设定 )，这些对象就会进入老年代。

Full GC 是发生在老年代的垃圾收集动作，所采用的是标记-清除算法。

三、类加载机制

1.类加载的过程

类加载的全过程，加载，验证，准备，解析和初始化这五个阶段。

加载：

1. 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流；

2. 将这个字节流所代表的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构；

3. 在Java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这些数据的访问入口

验证：

大致上都会完成下面四个阶段的检验过程：文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证。

准备：

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些内存都将在方法区进行分配。

解析：

解析阶段是虚拟机将常量池的符号引用转换为直接引用的过程。解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法四类符号引用进行。

初始化：

根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源，或者说初始化阶段是执行类构造器方法的过程。

2.类加载器

2.1. 启动类加载器

负责将存放在 <JAVA_HOME> \lib目录中的，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识别的（仅按照文件名识别，如rt.jar,名字不符合的类库即使放在lib中也不会被加载）类库加载到虚拟机内存中。

2.2. 扩展类加载器

扩展类加载器（Extension ClassLoader）：这个加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载< JAVA_HOME>\lib\ext目录中的，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。

2.3. 应用程序类加载器

应用程序类加载器(Application ClassLoader)：这个类加载器由sun.misc.Launcher$App-ClassLoader实现。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器。它负责加载用户类路径（classPath）上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认类加载器。

3.双亲委派模型

双亲委托模型的工作过程是：

如果一个类加载器收到了类加载器的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类），子加载器才会尝试自己去加载。

四、对象的创建、存储和定位

1.对象的创建

Java是一门面向对象的编程语言，Java 程序运行过程中无时无刻都有对象被创建出来，在语言层面上，创建对象（例如克隆，反序列化）通常仅仅是一个new关键字而已，例如下面的语句。

Object obj = new Object();

其实在在虚拟机中，当遇到上述语句时，其执行过程大致要经历下面几个阶段。

1.1 类加载检查

虚拟机遇到一条new指令时，首先将去检查这个指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，并且检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。

1.2 为新生对象分配内存

在类加载检查通过后，接下来虚拟机将为新生对象分配内存。对象所需内存的大小在类加载完成后便可完全确定。为对象分配空间的任务等同于把一块确定大小的内存从Java堆中划分出来。

1.3 初始化内存空间

内存分配完成后，虚拟机需要将分配到的内存空间都初始化为零值（不包括对象头），这一步操作保证了对象的实例字段在Java代码中可以不赋初始值就直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值。

1.4 对对象进行必要的设置

接下来，虚拟机要对对象进行必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例、如何才能找到类的元数据信息、对象的哈希码、对象的GC分代年龄等信息。这些信息存放在对象的对象头（Object Header）之中。根据虚拟机当前的运行状态的不同，如是否启用偏向锁等，对象头会有不同的设置方式。

2.对象的内存布局

在HotSpot虚拟机中，对象在内存中存储的布局可以分为三块区域：对象头（Header），实例数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。

2.1 对象头

对象头包括两部分信息，第一部分用于存储对象自身的运行时数据，如HashCode，GC 分代年龄，锁状态标志，线程持有的锁，偏向线程ID，偏向时间戳等。另外一部分是类型指针，即对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例。这部分数据的长度在32位和64位虚拟机（未开启压缩指针）中分别为32bit和64bit。

2.2 实例数据

实例数据部分是对象真正存储的有效信息，也是在程序代码中所定义的各种类型的字段内容。无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的，都需要记录起来。

2.3 对齐填充

对齐填充不是必须的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作用。之所以会出现对齐填充，是由于HotSpot VM 的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，换句话说，就是对象的大小必须是8字节的整数倍。当对象实例数据部分没有对齐时，就需要通过对齐填充来补全。

3.对象的访问定位

建立对象是为了使用对象。我们已经知道，对象的引用保存在Java 虚拟机栈中，而具体的对象实在堆中的。

由于reference类型在Java虚拟机规范里面只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过哪种方式去定位，以及访问到Java堆中的对象的具体位置，因此不同虚拟机实现的对象访问方式会有所不同，主流的访问方式有两种：使用句柄池和直接使用指针。

通过直接指针访问的方式如下：

这两种对象的访问方式各有优势:

句柄方式：使用句柄访问方式的最大好处就是reference中存放的是稳定的句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而reference本身不需要修改，但是会多一次指针定位的开销；

直接指针方式：使用直接指针访问方式的最大好处是速度快，它节省了一次指针定位的时间开销。

五、垃圾收集机制

Java虚拟机内存划分讲到了Java 内存运行时区域的各个部分，其中程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈三个区域随线程而生，随线程而灭，栈中的栈帧随着方法的进入和退出有条不紊地执行着出栈和入栈操作。每一个栈帧中分配多少内存基本上是在类结构确定下来是就已知了。因此这几个区域的内存分配和回收都具有确定性，在这几个区域就需要过多考虑回收的问题，因为方法结束或者线程结束时，内存自然就跟随着回收了。而Java 堆和方法区则不一样，一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样，我们只有在程序处于运行期间时才能知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收都是动态的。而垃圾收集器所关注的是Java 堆和方法区这部分内存。

1.垃圾对象的判定方法

1.1引用计数算法

给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减一；任何时候计数器为0的对象就是不可能再被使用的。

很多主流的Java虚拟机没有选择使用引用计数法类管理内存，主要原因它很难解决对象之间相互循环引用的问题：

1.2可达性分析算法

这个算法的基本思路就是通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索走过的路径称为引用链。当一个对象到GC roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的。如下图所示，对象object5,object6,object7虽然互相有关联，但是它们到GC Roots是不可达的，所以它们将会被判定为是可回收的对象。

Java虚拟机相关知识点1

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