一、初识JVM

JVM是Java Virtual Machine的简称，Java虚拟机，虚拟机是指通过软件模拟的具有完整硬件功能的，运行在一个完全隔离的环境中的完整计算机系统，常见的虚拟机有：JVM、VMwave、Virtual Box，目前最主流使用的JVM是HotSpot VM

JVM执行流程

程序在执行之前先要把java代码编译成字节码(class文件)，JVM首先需要把字节码按照一定方式，类加载器(ClassLoader) 将文件加载到内存运行时数据区(Runtime Data Area) ，而字节码文件是JVM的一套指令集规范，并不能直接交给底层操作系统去执行，因此需要命令解析器执行引擎(Execution Engine) 将字节码翻译成底层系统执行再交给CPU去执行，而这个过程需要调用其他语言的接口 本地库接口(Native Interface) 来实现程序的整个功能

二、JVM内存划分

JVM运行时数据区域也叫内存布局，由以下5大部分组成：

Java虚拟机栈(线程私有)
Java虚拟机栈的生命周期和线程相同，Java虚拟机栈描述的是Java方法与方法之间关系：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧(Stack Frame) 用于存储局部变量表，方法入口地址，方法参数，方法返回地址((PC寄存器的引用)
什么是线程私有？
简单的来说，就是每个线程都有自己的Java虚拟机栈
本地方法栈(线程私有)
本地方法栈描述的是本地方法的调用，也是线程私有的，如果线程请求分配的栈容量超过本地方法栈允许的最大容量，Java虚拟机将会抛出一个stackoverflowError 异常
程序计数器(线程私有)
程序计数器：用来记录当前线程执行的行号的，程序计数器是一块比较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器，如果执行的是Java方法，计数器记录的是虚拟机字节码执行的地址，如果执行的是Native方法，这个计算器的值为空
堆(线程共享)

一个JVM实例只存在一个堆内存，堆也是Java内存管理的核心区域。
Java堆区在JVM启动的时候即被创建，其空间大小也就确定了。是JVM管理的最大一块内存空间。堆内存的大小是可以调节的。
《Java虚拟机规范》规定，堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但在逻辑上它应该被视为连续的。
所有的线程共享Java堆，在这里还可以划分线程私有的缓冲区(Thread Local Allocation Buffer， TLAB) 。
数组和对象可能永远不会存储在栈上，因为栈帧中保存引用，这个引用指向对象或者数组在堆中的位置。
在方法结束后，堆中的对象不会马上被移除，仅仅在垃圾收集的时候才会被移除。
堆，是GC ( Garbage Collection, 垃圾收集器)执行垃圾回收的重点区域。

方法区(线程共享)

JDK1.8中该区域叫做元空间(Metaspace)，所有线程共用这一块，用来存储虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、及编译器编译后的代码等数据

我们在判断某个变量再那个区域上时，我们需要把握以下原则：
1.局部变量在栈
2.普通成员变量在堆
3.静态成员变量再方法区/元数据区

三、类加载

类加载我们可以这样理解：类加载就是将.clss文件(字节码)从文件(硬盘)加载到内存中(元数据区)的这样一过程

加载：就是将.class文件找到，打开文件，读文件，将文件读到内存中，在内存中生成一个代表这个类的Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

验证：检查下.class文件格式对不对，确保.class文件所包含的信息是否符合《Java虚拟机规范》的全部约束要求


准备：给类对象分配内存空间(先在元数据区占个位置)，为类中定义的静态变量分配内存并设置类变量初始值(0值)

解析：针对字符串常量初始化，将符号引用转为直接引用。
字符串常量，得有一块内存空间，存这个字符的实际内容，还有一个引用来保存这个内存空间的起始地址。在类加载之前，字符串常量是在.class文件中的，此时这个引用记录的并非是字符串常量真正的地址，而是它在文件的偏移量/占位符 ，在类加载之后，才会真正的把这个字符串常量给放到内存中，此时才有内存地址，这个引用才能被真正赋值成指定内存地址

初始化：初始化阶段，Java虚拟机才真正开始执行类中编写的Java代码，加载父类，执行静态代码块的代码
一个类什么时候会被加载呢？
类加载并不是Java程序一运行就把所有类加载了，而是在真正用到时才会加载。
1.构造类的实例
2.调用这个类的静态方法/使用静态属性
3.加载子类就会先加载父类

双亲委派模型

站在Java虚拟机的角度，只有两种不同的类加载器：一种是启动类加载器(Bootstrap
ClassLoader），这个类加载器使用C++实现，是虚拟机自身的一部分；另一种就是其他类加载器，这些类加载器都由Java语言实现，独立于虚拟机外部，都继承于java.lang.ClassLoader.
JVM默认提供三个类加载器：
启动类加载器(BootstrapClassLoader)：负责加载标准库中的类
扩展类加载器(ExtensionClassLoader)：负责加载JVM扩展库中的类
应用程序类加载器(ApplicationClassLoader)：负责加载用户提供的第三方库/代码中的类
上述三各类，存在特殊的父子关系(不是父类 子类，相当于每个class loader有一个parent属性 指向自己的父类加载器)
上述类加载器如何配合工作?

一个类加载器收到了类加载的请求，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，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）时，子加载器才会尝试自己去加载

注： 双亲委派模型不是一种强制性约束，也就是你不这么做也不会报错怎样的，它是一种JAVA设计者推荐使用类加载器的方式。
优点：
1.避免重复加载类：比如A类和B类都有一个父类C类，那么当A启动时就会将C类加载，加载B类时就能避免加载C类了
2.安全性：使用双亲委派模型可以保证Java核心的API不被篡改。如果不使用双亲委派模型，而是我们每个类加载器加载自己就会出现问题，比如我们自己写了一个Integer类，但是我们使用双亲委派模型加载了Java.lang.Integer类就不会加载我峨嵋你自己写的了

四、垃圾回收机制 GC

垃圾指的是我们不再使用的内存，垃圾回收就是把我们不用的内存自动释放了。如果是手动释放的话，如果我们没有释放那么这块内存空间就会持续存在，并且堆的内存生命周期比较长，不像栈随着方法执行结束自动销毁释放，堆默认不能手动释放，因此Java引入了 GC。
GC的好处：使程序员写代码更简单一些，不容易出错
GC的坏处：需要消耗额外的系统资源，也有额外的性能开销

此外，GC还有一个比较关键的问题：STW问题(stop the world)，当内存中的垃圾已经很多了，此时触发一次GC操作开销可能非常大，大到可能将系统资源吃到很多，导致其他业务代码无法正常执行，这样的卡顿在极端情况下，可能出现几十毫秒甚至上百毫秒

JVM中有好多内存区域：这里主要是针对堆和元数据区，GC回收是以"对象"为单位进行回收的。
GC时机的工作步骤：
1.找到垃圾/判定是否为垃圾
2.对对象进行释放

死亡对象判断算法

如何判断是否为垃圾：主要看有没有"引用"指向它
1.引用计数(不是Java，而是python/php)
给每个对象分配一个计数器，每创建一个引用指向该对象，计数器+1，每次销毁一个指向该对象的引用，计数器就-1.
该方法的问题：
1.内存空间浪费大(利用率低)
每个对象都要分配一个计数器，如果按4各字节算的，如果你对象比较少不要紧，要是对象特别多，那么占用额外的空间就会很多
2.存在循环引用的问题

接下来，a和b引用销毁，此时a和b计数-1，但结果还都是1，不能释放资源，但实际这两对象已经无法访问了。python/php使用引用计数，需要搭配其他机制来避免循环引用
2.可达性分析(java做法)

Java中的对象都是通过引用来指向并访问的，一个引用指向一个对象，对象里的成员又指向别的对象。
可达性分析：就是将这些对象被组织的结构视为树，从根节点出发遍历树，所有能访问到的对象，标记成可达，不能访问到的，就是不可达，JVM有一个所有对象的名单(每new一个对象，JVM都会记录下来，JVM就会知道一共有哪些对象，每个对象的地址是什么)，通过上述遍历，将可达的标记出来，剩下的不可达的就可以作为垃圾进行回收了。
进行可达性分析的起点称之为GCroots ,可以为以下几种：
1.虚拟机栈中引用的对象
2.方法区中类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Native方法引用的对象

垃圾回收算法

1.标记清除

简答粗暴，标记和清除的这两个过程的效率都不高、标记清除后会产生大量不连续的内存碎片，导致我们总的空闲空间很大，但是每个具体的空间都很小，导致申请大一点的内存空间时就会导致失败

2.复制算法
复制算法为了解决内存碎片的问题，将整个内存分成两半，用一半清一半

简单的来说就是将不是垃圾的对象复制到另一半，然后将整个空间删除掉
缺点：
1.空间利用率低
2.如果垃圾少，有效对象多，复制成本就比较大
3.标记整理
标记整理类似与顺序表的删除操作，会将后面的元素搬运到前面

保证了空间利用率，也解决了内存碎片问题，但是这种算法效率也不够高，如果搬运的空间比较大此时的开销也是比较大的
4.分代回收
分代回收是基于上面几种算法的，将垃圾回收分成了不同的场景，不同的场景应用不同的算法，这个算法根据对象存活的周期的不同将内存划分为几块，一般将Java堆分为新生代和老年代。
在新生代，每次垃圾回收都会有大批对象死去，只有少量存活，因此我们使用复制算法；而老年代中的对象存活率高、没有额外空间对它分配担保，必须使用标记整理算法

哪些对象会进行新生代？哪些对象会进入老年代？
新生代(Minor GC): 刚new出来的对象先放到伊甸区，经过一轮的GC就会被放到幸存区。伊甸区 -> 幸存区 使用复制算法，在幸存区也要周期性的接受GC的考验，如果变成垃圾就释放，如果不是垃圾拷贝到另一个幸存区，此处使用复制算法，如果该对象在两个幸存区已经来回拷贝很多次(一般默认是15次)就会进入老年代
老年代(Full GC): 老年代都是年龄大的对象，生命周期普遍更长，也要进行周期性GC扫描，但是频率更低，如果老年代是垃圾，就会使用标记整理的方式释放