JVM（面试用）

一、JVM运行时数据区

二、JVM类加载

类加载过程

1、加载（loading）

2、验证（Verification）

3、准备（Perparation）

4、解析（Resolution）

5、初始化（Initialization）

双亲委派模型

机制

优点

1、避免重复加载类

2、安全性

打破双亲委任模型

三、JVM中的垃圾回收机制

1、死亡对象的判断算法

1）引用计数算法

2）可达性分析算法

2、垃圾回收算法

1）标记-清除法

2）复制算法

3）标记-整理法

4）分代算法

JVM，Java Virtual Machine，Java虚拟机

虚拟机是指软件模拟的具有完整功能的、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：JVM、VMwave、Virtual Box

JVM和其他两个虚拟机的区别：

VMware与VirtualBox是通过软件模拟物理CPU的指令集，物理系统中会有很多的寄存器
JVM则是通过软件模拟Java字节码的指令集，JVM中则是主要保留了PC寄存器，其他的寄存器都进行了裁剪

JVM是一台被定制过的现实当中不存在的计算机

一个运行起来的Java进程就是一个JVM虚拟机，就需要从操作系统申请一大块内存

就会把这个内存划分成不同的区域，每个区域都有不同的作用

一、JVM运行时数据区

Java虚拟机运行时数据区是Java程序在运行过程中使用的内存区域，用于存储程序运行时所需要的数据

这些数据区包括了不同用途的内存区域，每个区域都有特定的作用和生命周期

注意它和Java内存模型（Java Memory Model，JMM）完全不同，属于完全不同的概念

其中堆和方法区都是线程共享的，Java虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是线程私有的

有自己的空间：别的线程也能访问；有自己私有的空间：别的线程无法访问

1、堆（占据空间最大）：存放程序中创建的对象

堆区分为两个区域：新生代和老生代，新生代放新建的对象，当经过一定GC次数之后还存活的对象会放入老生代

垃圾回收时会将Endn中存活的对象放到一个未使用的Survivor中，并把当前的Endn和正在使用的Survivor清除掉

2、Java虚拟机栈：存放方法之间的调用关系，描述的是Java方法执行的内存模型：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、操作数栈、动态链接、方法出口等信息

Java虚拟机栈的生命周期和线程相同

局部变量表：存放编译器可知的8大基本数据类型、对象引用、存放方法参数和局部变量
操作栈：每个方法会生成一个先进后出的操作栈
动态链接：每个方法会生成一个先进后出的操作栈
方法返回地址：PC寄存器的地址

3、本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈类似，只不过Java虚拟机栈是给JVM使用的，而本地方法栈是给本地方法使用的（使用非Java语言编写的方法，如C、C++）

两种栈都是存放方法之间的调用关系

4、程序计数器：存放下一条要执行的指令的地址

5、方法区（元数据区）：存储被虚拟机加载的信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据的（.class文件加载到内存之后就成了类对象，所以就是存放类对象）

运行常量池是方法区的一部分，存放字面量和字符引用

字面量：字符串（JDK8移动到堆中）、final常量、基本数据类型的值
符号引用：类和结构的完全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符

class Test{
    public int r=100;//成员变量r处于堆上
    public static int a=10;//静态变量（类属性）包含在类对象中，处在方法区（元数据区）
    
    void main(){
        Test t=new Test();//t是一个引用类型的局部变量，存放在栈的局部变量表中，存储一个对象的地址
                          //new出来的对象在堆上
    }
}

二、JVM类加载

类加载过程

其中前五步是固定的顺序并且也是类加载的过程，其中中间的3步我们都属于连接，所以对于类加载来说总共分为一下几个步骤：加载、连接（验证、准备、解析）、初始化

1、加载（loading）

找到.class文件，打开文件，读取内容。将类的字节码数据从磁盘加载到内存中。这个过程是由类加载器完成的。在加载阶段，虚拟机需要完成一下三件事情：

通过类的全限定名获取类的二进制字节流
将字节流代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

2、验证（Verification）

确保类的字节码文件符合虚拟机规范，不会危害虚拟机的运行时环境

主要包括四种验证：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证

3、准备（Perparation）

为类的静态变量分配内存并设置初始值（零值）

这里不包括final修饰的static变量，因为final在编译时就分配了初始值

4、解析（Resolution）

将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程（初始化常量）

主要包括：类或接口的解析、字段解析、类方法解析、接口方法解析

5、初始化（Initialization）

Java虚拟机真正开始执行类中编写的Java程序代码，将主导权移交给应用程序

初始化阶段就是执行类构造器<clinit>()方法的过程，在初始化阶段，虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确加锁和同步，确保类的初始化只会进行一次

针对类对象进行初始化：设置好类对象中需要的各个属性、static成员变量、静态代码块、以及还可能加载一下父类

双亲委派模型

双亲委派模型是和Java中多个类加载器（启动类加载器、扩展类加载器、应用程序类加载器）的运行规则，通过这个规则可以避免类的非安全性问题和类被重复加载的问题，但他也遇到了一些问题，比如JNDI和JDBC不能通过这个规则进行加载，它需要打破双亲委派模型的方式来加载

机制

如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会去尝试加载这个类，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最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（它的搜索范围没有找到需要的类）时，子加载器才会尝试自己去完成加载，如果能找到就返回对象，若直到应用程序类加载器都无法加载这个类，则抛出ClassNotFound异常

1）启动类加载器是由C++实现的，用于加载<JAVA_HOME>/jre/lib/rt.jar 和 resources.jar等jar包结构（即标准库的目录lib目录）

2）扩展类加载器用于加载<JAVA_HOME>/jre/lib/ext目录下的jre包（JDK中一些扩展库对应的目录，lib或ext目录）

3）应用类程序加载器用于加载classpath，也就是用户的所有类的（用户自定义的类和第三方库对应目录）

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类加载起来，那么在B类进行加载时就不需要再重复加载C类了

2、安全性

当使用双亲委派模型时，用户就不能伪造一些不安全的系统类了。比如jre已经提供了String类在启动类加载时加载，那么用户若再自定义一个不安全的String类时，按照双亲委派模型就不会再加载用户自定义的那个不安全的String类了，这样就可以避免非安全的问题发生了

打破双亲委任模型

双亲委派模型虽然有其优点，但在某些也存在一些问题，比如Java中SPI（Service Provider Interface，服务提供接口）机制中的JDBC实现

tomcat中加载webapp时就是用的自定义的类加载器，就只能在webapp指定目录中查找，若在这里找不到就不会再去标准库啥的地方找了，直接抛异常

三、JVM中的垃圾回收机制

在C++中，动态分配内存管理允许程序在运行时分配和释放内存，相比静态内存管理（编译时确定内存分配大小），动态管理内存提供了更大的灵活性和控制能力。

C++中的动态内存管理通过new和delete关键字进行手动管理，同时智能指针提供了更安全和高效的方式来管理动态分配的内存，帮助开发者避免内存泄漏等问题。

相比C语言中的malloc分配内存，new不仅分配内存还进行了初始化。

Java也使用了new来进行动态内存管理，但相比之下Java给出了一个方案解决内存泄漏问题—垃圾回收机制(GC)，即让JVM自行判定某个内存是否不再使用，若不再使用则回收，此时就不必程序员手动写代码回收。

上面讲了Java运行时内存的各个区域，对于程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈这三部分区域而言，其生命周期与相关线程有关，随线程而生，随线程而灭。

并且这三个区域的内存分配与回收具有确定性，因为当方法结束或者线程结束时，内存就自然跟着线程回收了。

因此讲内存分配何回收关注的是Java堆与方法区这两个区域。

Java堆中存放着几乎所有的对象实例，垃圾回收器在对堆进行垃圾回收前，首先要判断这些对象哪些存活，哪些已经“死去”，判断对象是否已经”死去“有如下几种算法：