了解 JVM - 认识垃圾回收机制与类加载过程-Toy模板网

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前言

本篇通过介绍JVM是什么，认识JVM的内存区域的划分，了解类加载过程，JVM中垃圾回收机制，从中了解到垃圾回收机制中如何找到存活对象的方式，引用计数与可达性分析的方式，再释放垃圾对象时使用的方式，标准清除，复制算法，标准整理，分代回收等等，如有错误，请在评论区指正，让我们一起交流，共同进步！

本文开始

1. 什么是JVM?

JVM: Java虚拟机，通过软件模拟具有硬件功能，运行在一个完全隔离的环境中的完整计算机系统；

2. 认识JVM内存区域的划分

JVM内存区域图示：

问题：查看变量的形态，也就是根据代码判断属于堆，栈还是方法区？
① 堆：成员变量；(new 出来的对象存放其中)
② 栈：局部变量；（维护方法直接的调用关系）
③ 方法区：静态变量；（放类加载后的类对象, 被static修饰的）
【注】变量处在什么区域与变量类型无关；

线程私有的内存：每个线程都有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储；

栈包括本地方法栈和虚拟机栈；
本地方法栈：给JVM内部本地方法使用；
虚拟机栈：给java代码使用；
程序计数器：记录当前程序执行到那个指令了；
堆：存储程序中创建的对象
方法区：存放类加载后的类对象；- 静态变量；

【注】线程共享：堆与元数据区；线程私有：栈(包括虚拟机栈，本地方法栈)与程序计数器；

例如：

	void function() {
		Student s = new Student();
	}
	//s是引用类型，是局部变量，处在栈上，而new Student()是对象，处在堆上；

3. 认识类加载过程

类加载：把 .class 文件加载到内存得到类对象的过程；

类加载过程：
① 加载：找到.class文件，读取文件内容；
② 验证：验证.class文件是否符号规范要求；.class文件有明确的数据格式；
③ 准备：给类对象分配内存空间（给类变量(static修饰的静态变量)分配的内存空间是未初始化，默认全是0，此时静态变量也是0）；
例如：public static int value = 66; //此时准备是给value分配空间，初始化为0，不是66；
④ 解析：针对字符串常量进行初始化；
初始化常量的过程： Java 虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程；
符号引用：处于相对位置，字符串常量在.class文件中存在，这时只知道他们之间的相对位置也就是符号引用；
直接引用：处于实际位置，加载到内存中知道位置就是实际内存位置也就是直接引用；
⑤ 初始化：针对类对象进行初始化；（初始化静态成员，执行静态代码，类有父类也需要加载父类）

4. 类加载中的双亲委派模型

4.1 触发类加载时机 - 类加载是非必要，不加载
1）创建了类的实例
2）使用类的静态方法/静态属性
3）使用子类，触发父类的加载

4.2 双亲委派模型
双亲委派模型作用：在类加载阶段，找.class文件；

JVM加载类会使用类加载器这里简单介绍一下；
JVM中内置的三个类加载器：
① BootStrap ClassLoader: 负责加载Java标准库中的类
② Extension ClassLoader: 负责加载一些非标准的 Sun/Oracke扩展的库中的类；
③ Application ClassLoader: 负责加载项目中自己写的类，和第三方库中的类；

类加载过程图：

5. JVM中的垃圾回收机制

5.1 GC是什么？

GC是垃圾收集的意思；帮助程序员自动释放内存的；

JVM主要释放哪个区域？ =》释放堆区域

5.2 垃圾回收的两个阶段

5.2.1 第一阶段：找GC对象，看对象是否存活； - 找垃圾

如何找垃圾：Java中使用对象，只能通过引用，所以通过判断一个对象是否有引用指向就可以了；所以引入下面两种方法；

引用计数法：给对象里安排一个额外空间，保存一个整数，表示该对象有几个引用指向；Java中不使用， Python,PHP使用

图示：
【注】
计数器作用：引用增加，计数器就增加；引用减少，计数器就减少，当计数器为0时，就认为该对象没有引用了，认为时垃圾；
引用计数的缺点：
① 浪费空间 ② 存在循环引用的情况，会导致引用计数判定逻辑错误；

可达性分析法：（Java中使用）把对象之间的引用关系，理解为一个树形结构，从一些特殊起点出发，进行遍历，只要能遍历到的对象，就是可达的，把不能访问到的对象，也就是不可达的当作垃圾；

通过一个树形结构图来看一下：

通过root引用作为起点，就可以访问整个树的节点；
可达性条件：进行图示遍历需要有起点；
① 栈上的局部变量，都是起点；
② 常量池中的引用对象；
③ 方法区中，静态成员引用的对象；
可达性分析的缺点：
1）消耗更多时间，遍历过程消耗时间，不能第一时间发现某个垃圾对象；
2）在遍历的时候，如果过程中当前代码的对象引用关系变了，就会产生麻烦；

5.2.2 第二阶段：释放垃圾对象

三种策略：
1）标记清除：先标记出回收对象，再直接释放垃圾对象内存；
产生问题：会产生大量内存碎片；清理完垃圾对象产生大量内存碎片，剩余的内存空间即使很多，但都是碎片化的，如果要申请一段连续的空间可能都申请不到；
图示：

2）复制算法: 解决了内存碎片问题；
复制算法过程：把整个内存空间分成两段（为了好描述过程，这里把内存空间分为a,b，a与b一样），一次只使用一半；如果使用a内存，将a内存中不是垃圾对象的拷贝到没有使用的另一边b内存中，然后再统一释放内存；
图示复制算法：

缺点：1）内存利用率比较低；
2）如果当前只要少部分垃圾，大部分对象需要保留，就需要花费高的复制成本；

3）标记整理
标记整理思想：结合上述标记清除，标记整理在其上在加上一个从后向前搬运元素的过程；
标记整理图示：

特点：1）解决了内存碎片的问题
2）但从后向前搬运的开销比较大；

5.3 JVM的分代回收机制

分代回收机制：综合上述思想，针对不同的情况，使用不同的策略对垃圾进行回收；
分代回收图示:

分代回收过程：
1）·新创建的对象存放到伊甸区；
2）伊甸区的对象，经过第一轮GC，会通过复制算法，拷贝到生存区；生存区分为两半，大小相等，每次只使用一半；
在生存区中是垃圾对象就淘汰，不是垃圾对象就复制到另一半，一直重复上述过程；
3）对象在生存区，经过若干轮GC，年龄增长到一定程度，就会通过复制算法拷贝到老年代区；
4）进入老年代的对象，年龄比较大，针对老年代的GC扫描频次会降低，消亡率就降低了；
老年代某个对象是垃圾对象了，进行标记整理法清除；
5）特殊情况：对象非常大，直接进入老年代区；原因是大对象进行复制算法成本高，其次大对象也不多；