简介JVM

news2024/11/14 20:48:55

一、内存分区

1、程序计数器

2、栈

3、堆

4、方法区

二、类加载

1、Loading

2、Linking

Verification

Preparation

Resolution

3、Initializing

4、双亲委派模型

三、垃圾回收

1、如何判断为垃圾？

引入引用计数

可达性分析

2、如何进行垃圾回收？

标记清除

复制算法

标记整理

分代回收

一、内存分区

Java将内存分为了程序计数器、栈区、方法区、堆区。

1、程序计数器

程序计数器是内存中最小的区域，保存了下一条要执行指令的地址。

程序运行时，JVM就会把字节码加载起来，放到内存中，程序把指令从内存中取出来，放到CPU上执行这也就需要随时记住当前指令执行的位置，因为CPU是并发执行程序的，并且操作系统以线程为单位进行调度执行的，所以每个线程都有程序计数器。

2、栈

栈区主要保存的是局部变量和方法的调用信息，方法调用的时候就会涉及“入栈”操作，方法执行完之后就会涉及“出栈”的操作，局部变量也是类似。

栈空间也是比较小的，代码处理不当就会出现栈溢出异常。

每个进程都会分配一个栈区。

3、堆

堆区是内存空间中最大的区域，每次new出来的对象存在于堆区，对象的成员变量也就自然存在于堆区了。

一个进程会分配一个堆区，多个线程共享一个堆区。

4、方法区

方法区存放的是类对象，每次当.class文件编译形成.class文件，.class文件会被加载到内存中，也就会被JVM构造成类对象（加载的过程就是类加载），此处的类对象就会存放到方法区，类对象中的静态成员也会存放到方法区。

二、类加载

类加载是将.class文件加载到内存中，构建成类对象，类加载主要有Loading、Linking和Initiallizatio三步。

1、Loading

Loading过程是先找到对应的.class文件，然后打开并读取.class文件，会将读取并解析到的信息初步填写到类对象中，同时会初步生成一个类对象。

2、Linking

Linking来建立多个实体之间的联系，Linking又可以分为Verification、Preparation和Resolution三个阶段。

Verification

校验阶段，主要来验证读到的内容与规范中规定的格式是否完全匹配，如果返现格式不匹配，就会类加载失败，并且抛出异常。

Preparation

准备阶段，是正式为类中的变量分配内存并设置初始值，也就是给静态变量分配内存，并设置初值。

Resolution

解析阶段是Java虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程，也就对常量初始化的过程。

3、Initializing

是真正对类对象进行初始化，尤其是对静态成员

4、双亲委派模型

双亲委派模型其实是Loading的一个环节，描述的是JVM中的类加载器如何根据类的全限定名来找到.class文件的过程，也就是描述了找目录的过程。

JVM中提供了许多类加载器，每个类加载器负责一个片区，默认的类加载器主要有三个：

BootStrapClassLoader：负责加载标准库中的类。
ExtensionClassLoader：负责加载JDK扩展的类。
ApplicationClassLoader：负责加载当前项目目录中的类。

查找标准库中的类的过程：

启动程序，先进入ApplicationClassLoader类加载器。
ApplicationClassLoader就会检查它的父类是否已经加载过了，如果没有就调用父加载器ExtensionClassLoader。
ExtensionClassLoader也会检查它的父类是否已经加载过了，如果没有就调用父加载器BootStrapClassLoader。
BootStrapClassLoader会扫描自己负责的目录，一定会找到，找到后负责类加载的后序过程，直至查找环节结束。

查找自定义类的过程：

启动程序，先进入ApplicationClassLoader类加载器。
ApplicationClassLoader就会检查它的父类是否已经加载过了，如果没有就调用父加载器ExtensionClassLoader。
ExtensionClassLoader也会检查它的父类是否已经加载过了，如果没有就调用父加载器BootStrapClassLoader。
BootStrapClassLoader会扫描自己负责的目录，如果没找到，就回到子加载器ExtensionClassLoader继续进行扫描。
ExtensionClassLoader也会对自己负责的目录进行扫描，如果没找到，就回到子加载器ApplicationClassLoader继续进行扫描。
ApplicationClassLoader对自己负责的目录进行扫描，如果找到就进行后续加载，否则就会抛出ClassNotFoundException异常。

三、垃圾回收

如果一直申请空间而不进行空间回收的话就会导致内存用完，也就是内存泄露的问题，对于栈和程序计数器不考虑垃圾回收，当方法或进程结束时所占用的空间也会随着释放，垃圾回收主要针对堆和方法区。

1、如何判断为垃圾？

引入引用计数

就是给对象再开辟一块区域用于引入计数器，当调用这个对象时，计数器就会加1，当引用失效的时候，计数器就会-1，如果计数器为0，该对象就会变为“垃圾”，进行回收。

但是也存在缺点：

空间利用率低，当对象本身空间很小时再增加一个计数器空间利用率低。

循环引用
public class T {
    public T t = null;

    public static void main(String[] args) {
        T t1 = new T();
        T t2 = new T();
        t1.t = t2;
        t2.t = t1;
        t1 = null;
        t2 = null;
    }
}
两个对象相互引用之后引用的t对象的程序计数器就为1，无法进行进行回收。

可达性分析

定义一个起始位置GCRoots，类似于深度优先遍历，对可以遍历到的对象进行标记，没标记的对象就是不可达，就成了垃圾。

例如：

GCRoots可以访问所有结点就不存在垃圾。

GCRoots无法访问C和F，C和F就是垃圾。

在Java语言中，可作为GC Roots的对象包含下面几种:

1. 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)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. 本地方法栈中 JNI(Native方法)引用的对象。

2、如何进行垃圾回收？

标记清除

进行可达性标记，对于未标记的直接进行清除释放内存。

缺点：产生许多内存碎片。

复制算法

为了避免产生内存碎片，就引入了复制算法，将申请的内存一分为2，将不是垃圾的拷贝到另一边，将原来使用的一半空间整体释放。

缺点：

空间利用率低。
当垃圾较少时，复制开销较大。

标记整理

将不是垃圾的元素都拷贝到申请的空间的前面，后面的空间可以正常利用。类似于顺序表删除元素。

分代回收

对象新创建出来的时候先放在伊甸园，当伊甸园中的对象熬过一轮GC扫描，利用复制算法就会被拷贝到幸存区，在后序的几轮GC中幸存区的对象还是利用复制算法在幸存区之间来回拷贝，每一轮又会进行淘汰，在持续若干次之后，对象就会进入老年代，对象越老，继续存活的可能性就越大，老年的扫描频率低，并且老年代使用标记整理的方式进行回收。

分代回收中占用内存较大的对象可直接进入老年代。