java內(nèi)存區(qū)域概述

java內(nèi)存區(qū)域

java虛擬機所管理的內(nèi)存會包括以下幾個運行時數(shù)據(jù)區(qū)：

程序計數(shù)器：存儲下一條指令的地址，每個線程都有一個程序計數(shù)器

虛擬機棧：也是線程私有的，每進(jìn)入一個方法都會在棧中申請一個棧幀用于存儲局部變量，參數(shù)等。

本地方法棧：為native方法服務(wù)

堆：所有的線程共享，是存儲實例對象的空間，可通過-Xmx和-Xms來指定堆的大小

方法區(qū)：存儲已經(jīng)加載的類信息，運行時常量池是方法區(qū)的一部分，用于存儲直接引用和class文件中的常量池中的常量

對象訪問

JVM主流的訪問方式有兩種：

句柄訪問方式：棧中的引用指向堆中的句柄池，句柄池中有兩項數(shù)據(jù)：方法區(qū)中的類數(shù)據(jù)和堆中的實例對象數(shù)據(jù)。

直接訪問方式：棧中的引用直接指向堆中的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它包含實例對象數(shù)據(jù)以及到類數(shù)據(jù)的引用。

垃圾回收

找到垃圾的算法有如下這些：

引用計數(shù)算法：給對象添加一個引用計數(shù)器，每當(dāng)有一個地方引用對象，就給對象的計數(shù)器加1，當(dāng)引用失效時，計數(shù)器減1。當(dāng)計數(shù)器為0時就是對象不再被使用了。這個算法無法解決對象之間互相引用的問題。

根搜索算法：從GC Roots作為起點，向下搜索，不可達(dá)的對象說明可以被回收。GC Roots可以是棧中的引用，類靜態(tài)變量，常量的引用等。

對象的回收：一個對象即使不可達(dá)也沒有立即死亡，垃圾回收器會調(diào)用一次它的finalize（），有可能它在那里把自己給拯救了，也有可能直接死了。如果重新變成可達(dá)，之后再被清理時就不會再調(diào)用finalize（）了，也就是這個方法只被調(diào)用一次。

類的回收：一個類在以下情況下被視為無用的類：該類的所有實例已經(jīng)被回收，加載該類的ClassLoader被回收，代表該類的Class對象已經(jīng)不可達(dá)。

垃圾收集算法：

標(biāo)記-清理算法：找到垃圾（使用根搜索算法）并標(biāo)記他們，然后清理它們所在的內(nèi)存。缺點是效率低，并且造成內(nèi)存碎片。

復(fù)制算法：將內(nèi)存對半分，只使用其中一塊內(nèi)存，每次收集都是復(fù)制有用對象到另一塊沒有用的內(nèi)存中。缺點是浪費一半的空間。

標(biāo)記整理算法：標(biāo)記垃圾，然后把有用的對象整理到一端，并清理掉除此之外的內(nèi)存。

分代收集算法：根據(jù)對象的生命周期（有的生命周期長，有的生命周期短）分為新生代和老年代。在新生代采用復(fù)制算法（大部分的新生代都會被回收，所以需要復(fù)制的對象就很少了），在老年代采用標(biāo)記-整理算法或標(biāo)記清理算法。

class文件格式

整個class文件本質(zhì)上就是一張表，下面是其內(nèi)容：

魔數(shù)（1-4字節(jié)）：文件以COFEBABE開頭，標(biāo)識class文件，不是以它開頭的都不會被虛擬機處理。

版本號（5-6，7-8字節(jié)）：次版本號，主版本號。生成class文件的編譯器的版本。可向前兼容，不可向后兼容。

常量池（9-n字節(jié)）：開始的兩個字節(jié)表示常量池中常量的數(shù)目，計數(shù)從1開始。接下來是每個常量，常量池中存放兩大類的常量：字面量和符號引用。符號引用又分為三類：類和接口的權(quán)限定名，字段的名稱和描述符，方法的名稱和描述符。常量的項目類型有11種：

類型 標(biāo)志 描述 結(jié)構(gòu)

CONSTANT_Utf8_info 1UTF-8編碼的字符串 tag(u1)+length(u2)+bytes(u1，length個)

CONSTANT_Integer_info 3整型字面量 tag(u1)+byte(u4)

CONSTANT_Float_info 4浮點型字面量 tag(u1)+byte(u4)

CONSTANT_Long_info 5長整型字面量 tag(u1)+byte(u8)

CONSTANT_Double_info 6雙精度浮點型字面量 tag(u1)+byte(u8)

CONSTANT_Class_info 7類或接口的符號引用 tag(u1)+name_index(u2)

CONSTANT_String_info 8字符串類型字面量 tag(u1)+index(u2)

CONSTANT_Fieldref_info 9字段的符號引用 tag(u1)+index(u2)+index(u2)

CONSTANT_Methodref_info 10方法的符號引用 tag(u1)+index(u2)+index(u2)

CONSTANT_InterfaceMethodref_info 11接口方法的符號引用 tag(u1)+index(u2)+index(u2)

CONSTANT_NameAndType_info 12字段或方法的部分符號引用 tag(u1)+index(u2)+index(u2)

訪問標(biāo)志（n+1，n+2）：16位來表示類是否為public等訪問信息。

標(biāo)志名稱 值

ACC_PUBLIC 0x0001

ACC_FINAL 0x0010

ACC_SUPER 0x0020

ACC_INTERFACE 0x0200

ACC_ABSTRACT 0x0400

ACC_SYNTHETIC 0x1000

ACC_ANNOTATION 0x2000

ACC_ENUM 0x4000

類索引（n+3，n+4），父類索引（n+5，n+6）：常量池中的某項的索引

接口索引集合（n+7，n+8）：接口數(shù)量，以及接下來的每個接口在常量池中的索引

接下來還有一些可選的項，不細(xì)說了。

類的加載

類加載器機制：JVM把class文件加載到內(nèi)存，然后驗證，檢驗，解析，初始化，最終變成JVM可以使用的java類型。類型的加載和連接都是在程序的運行期間完成的。

類型的生命周期：加載，連接（驗證，準(zhǔn)備，解析），初始化，使用，卸載，其中解析過程可以延遲。

以下四種情況會對類進(jìn)行初始化：

new，讀寫靜態(tài)變量（不是final類型），調(diào)用靜態(tài)方法

反射調(diào)用

如果父類還沒初始化，就先初始化父類

如果是主類（運行main所在的類），則初始化主類

需要注意的是，當(dāng)A[] a = new A[10]時并不會加載A類。

類加載的過程：加載，連接，初始化統(tǒng)稱為類加載過程。

加載：加載階段JVM完成三件事：根據(jù)類的全限定名加載二進(jìn)制流（class文件），將class文件的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為方法區(qū)的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建一個代表該類的Class對象。

驗證：確保class文件的字節(jié)流包含的信息符合當(dāng)前虛擬機的要求。大致上完成四個檢驗過程：文件格式驗證，元數(shù)據(jù)驗證，字節(jié)流驗證，符號引用驗證。

準(zhǔn)備：在方法區(qū)中為類變量分配內(nèi)存，并賦初始值（0或null），如果是常量就直接為定義的值。

解析：將符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用，符號引用可以是可定位到目標(biāo)的任何形式的字面量，可能還不在內(nèi)存中；而直接引用則是已經(jīng)在內(nèi)存中的地址。解析主要是針對類，接口，字段，類或接口的方法這些符號引用進(jìn)行的。

初始化：初始化的過程就是執(zhí)行類構(gòu)造器

類加載器

虛擬機的設(shè)計團(tuán)隊把類加載階段中的“通過一個類的全限定名來獲取描述這個類的二進(jìn)制流”這個動作放到虛擬機外面去實現(xiàn)，以便讓程序自己覺得如何獲取所需要的類。這個動作的代碼模塊就是類加載器。

雖然類加載器只是加載類文件，但它的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不限于類加載階段。對于任意一個類，都需要由類加載器和類本身共同確定在虛擬機中的唯一性。

從虛擬機的角度看，類加載器分為兩種，一是啟動類加載器，它是虛擬機的一部分，由C++實現(xiàn)；二是其他的類加載器，獨立于虛擬機，由java實現(xiàn)，繼承ClassLoader抽象類

。

從java開發(fā)人員的角度來看，類加載器可再細(xì)分，通常會用到三種系統(tǒng)提供的類加載器：

啟動類加載器：加載

擴展類加載器：加載

應(yīng)用程序類加載器（也叫系統(tǒng)類加載器）：加載用戶classpath指定的目錄下的所有類庫，如果沒有自定義那就使用默認(rèn)的系統(tǒng)類加載器。

雙親委派模型：要求除了啟動類加載器之外的所有類加載器都有自己的父類加載器，這里子類加載器并不是通過繼承而是通過組合的方式來復(fù)用父類加載器的代碼。雙親委派模型的工作流程是：當(dāng)類加載器要加載一個類時總是先讓父類加載器去加載，如此層層往上委派，最后到啟動類加載器，如果它能加載就加載那個類，不能加載就層層往下讓其子類加載器加載。

執(zhí)行引擎

執(zhí)行引擎是虛擬機的一個核心組成部分。虛擬機是相對于物理機而言的，區(qū)別在于物理機的執(zhí)行引擎是建立在硬件，指令，操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，而虛擬機的執(zhí)行引擎則是由自己實現(xiàn)。因此虛擬機可以定義自己的指令集和執(zhí)行引擎的體系結(jié)構(gòu)。

運行時棧幀結(jié)構(gòu)：棧幀結(jié)構(gòu)是支持虛擬機方法調(diào)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它是虛擬機棧的棧元素，用于存儲局部變量表（包括方法參數(shù)和方法內(nèi)部定義的局部變量）、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接和方法返回地址等信息。每一個方法調(diào)用從開始到結(jié)束的過程也就是棧幀入棧和出棧的過程。