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前言：JVM全称Java Virtual Machine是虚构的计算机，也是因此Java才可在各个系统平台运行，本文内容篇幅较长主要分为JVM整体流程，内存划分及组成以及JVM机制等方面进行介绍

一、JVM整体流程

一个java文件执行的大致步骤流程如下：

一张复杂的JVM架构图：

JVM加工类过程

加载
- 将class字节码文件加载进虚拟机，存储至元空间的方法区内
验证
- 文件格式验证
- 元数据验证
- 字节码验证
- 符号引用验证
准备
- 为类变量（static修饰）分配内存并设置初始值（指JVM默认值，例如：引用类型为null，int类型为0，不是类中指定的值）
- 如果类变量被final修饰，则直接赋类中定义的默认值（特殊情况：该final静态变量如果需要计算，会导致初始化）
- 成员变量（实例变量、属性、属于对象）不分配内存
解析
- 将常量池的符号引用转为直接引用（由于java为值传递，去掉了指针）

初始化

给类变量赋值（类中定义的默认值）
初始化静态语句块

相关题目测试

class GrandParent3{
    static { System.out.println("GrandParent3静态代码块"); }
}

class Parent3 extends GrandParent3{
    public final static String parent3="hello parent3";
    static{ System.out.println("Parent3 静态代码块");}
}

class Children3 extends Parent3{
    public static String children3 ="hello children3";
    static{ System.out.println("Children3 静态代码块");}
}

// 测试-----------------------------------------------------------
public class ClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Children3.parent3);
    }
}

// 输出结果
hello parent3

解释：由于Children3.parent3调用的是父类final修饰的类变量，由上面类的加工流程可以看出final修饰的类变量在准备阶段就已经赋予了初始值，所以根本就没初始化

主动使用与被动使用

子类引用调用父类非final静态变量会导致父类初始化，自身不会初始化（被动使用）

子类调用自身静态变量，父类，子类都会初始化（主动使用）

导致JVM初始化类的时机

创建对象（new Obj()）
访问类的静态变量，静态方法
反射加载某类（Class.forName("obj")）
初始化子类会导致父类的的初始化
被标明为启动类的类（Main方法的类）
此时类才会被赋予真正的值（类中定义的初始默认值），也会执行静态代码块

二、JVM运行时数据区

经过类加载后，class字节码文件被读进内存，放至元空间，并且创建一个Class对象（反射对象）放入堆中

元空间（非堆）存储信息

在Java1.8后，常量池在方法区中，方法区在在元空间内

这个类型的完整有效名
该类型的父类的完整有效名
该类型的修饰符（public、final、abstract等）
该类型的直接接口列表
方法区：所有线程共享的区域
- 静态变量（static）
- 常量（final）
- 类信息（构造方法，接口定义）

堆存储的信息：Class对象（反射对象）

类的成员变量（Field[]），构造方法（Constructor[]），成员方法（Method[]）
类的返回值
类的访问权限
实例变量

内存划分代码示例

分析：

加载：new Person对象，即将对Person类进行初始化
准备阶段：String name，int age，show（）方法进入方法区，static String country = null；
执行main方法，main栈帧压栈
初始化：new Person（”邓丽君“,16,”中国“），String name = null -》”邓丽君“，int age =0 -》16，static String country = null-》”中国“
p1.show（）：show方法压栈，方法结束后弹栈
p2.show（）：show方法压栈，方法结束后弹栈
main方法结束，弹栈，栈清空

元空间（非堆）与堆结构示意图（详细看四、扩展下的堆）

堆真正意义上为：伊旬园区+幸存0,1区（to，from）+老年代

栈帧存储的信息

栈以栈帧为单位，一个栈帧对应一个方法，栈帧分为顶帧（前栈帧）和底帧，JVM只对顶帧（当前方法）起作用，生命周期与线程同步，一个main线程的结束意味着栈内存的释放，不存在垃圾回收问题

方法的局部变量表（存放方法参数和方法内的局部变量，八大基本类型），索引从0开始最大slot-1
操作数栈
动态连接（对象的引用）
方法返回地址
附加信息

本地方法区

作用：通过JNI（Java Native Interface）结合其他语言对Java进行功能的扩展

流程：在内存中开辟了一块本地方法栈（Native Method Stack ），用于登记标记native修饰的方法，再通过调用JNI执行本地库的方法

注意：现在一般通过套接字（Socket），Restful等方式扩展调用

三、JVM机制

双亲委派机制

作用：保证程序安全，稳定
执行流程：执行mian方法时会依次在三个加载器（）中不断查找检查有没该同名方法，有则执行最后匹配的加载器里的方法，没有则执行最初加载器的方法（方法执行加载流程如下）

委派流程

获取加载器：Obj.getClass.getClassLoader（）

沙箱安全机制

让java代码只能在指定的环境下运行

组件

字节码校验器（核心类不用校验）
类装载器
- 防止恶意代码干涉正常代码（双亲委派机制）
- 将代码归入保护域，指定代码能执行哪些操作（沙箱安全）
存取控制器：控制核心API对操作系统的存取权限
安全管理器：核心API操作系统之间的主要接口，实现权限控制，优先级高于存取控制器
软件安全包
- 安全提供者
- 消息摘要
- 数字签名：keytools（生成网站信用证书；）
- 加密
- 鉴别

垃圾回收机制

复制算法

GC分轻GC和重GC，轻GC一般针对伊甸园区，该区经过GC后，少部分幸存对象转入幸存0,1区剩余空间大的区，之后清空伊甸园区。但是，当幸存0，1区对象数相等时，则采用复制算法，将幸存区的对象复制到另一个幸存区（关于from，to也就是幸存0,1区是动态互换的，谁空谁就是to），保证to区是空的

所以一次轻GC后，伊甸园区和to区都为空，幸存区反复清理15（默认值）次后，幸存区幸存的对象就进入老年区

好处：没有碎片化空间

坏处：浪费了一片幸存区空间（to区），极端情况下如果对象存活率达100%，会导致复制大量对象

总结：复制算法适用于对象存活率低的新生区

标记清除算法

清除时标记有使用的对象，回收时清除没有标记的对象

好处：不需要额外空间

坏处：两次扫描严重浪费时间，会产生内存碎片

标记压缩算法

对标记清除法的优化，减少内存碎片

再次扫描内存，将存活的对象都移到一端

总结：老年代用标记清除+标记压缩混合实现（GC调优处）

四、扩展

类加载器

根类加载器（Boot Strap class Loader）位于jre/lib/rt.jar
扩展类加载器（Extension class Loader）位于jre/lib/ext包下
应用类加载器（Application class Loader）当前java工程的bin目录

三种虚拟机

Sun的HotSpot（最常用）
BEA的JRockit
IBM的J9 VM

堆（Heap）

一个JVM只有一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的

堆的划分

新生区
- 伊甸园（Eden Space）：所有对象都是在该区域new出来的
- 幸存者区：伊甸园区满了之后会执行一次轻GC幸存的对象进入该区域
  - 幸存者0区：1,0区满后会执行一次重CG
  - 幸存者1区
老年区：幸存区幸存的对象会进入老年区
永久存储区（元空间jdk1.8+）
- jdk1.6之前：永久代，常量池在方法区中
- jdk1.7：永久代，去永久代，常量池在堆中
- jdk1.8：无永久代，常量池在元空间的方法区