java內(nèi)存區(qū)域概述

java內(nèi)存區(qū)域

java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存會(huì)包括以下幾個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)：

程序計(jì)數(shù)器：存儲(chǔ)下一條指令的地址，每個(gè)線程都有一個(gè)程序計(jì)數(shù)器

虛擬機(jī)棧：也是線程私有的，每進(jìn)入一個(gè)方法都會(huì)在棧中申請(qǐng)一個(gè)棧幀用于存儲(chǔ)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(chǔ)實(shí)例對(duì)象的空間，可通過-Xmx和-Xms來(lái)指定堆的大小

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

對(duì)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(xiàng)數(shù)據(jù)：方法區(qū)中的類數(shù)據(jù)和堆中的實(shí)例對(duì)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(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它包含實(shí)例對(duì)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(jì)數(shù)算法：給對(duì)象添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個(gè)地方引用對(duì)象，就給對(duì)象的計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)引用失效時(shí)，計(jì)數(shù)器減1。當(dāng)計(jì)數(shù)器為0時(shí)就是對(duì)象不再被使用了。這個(gè)算法無(wú)法解決對(duì)象之間互相引用的問題。

根搜索算法：從GC Roots作為起點(diǎn)，向下搜索，不可達(dá)的對(duì)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(duì)象的回收：一個(gè)對(duì)象即使不可達(dá)也沒有立即死亡，垃圾回收器會(huì)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(shí)就不會(huì)再調(diào)用finalize（）了，也就是這個(gè)方法只被調(diào)用一次。

類的回收：一個(gè)類在以下情況下被視為無(wú)用的類：該類的所有實(shí)例已經(jīng)被回收，加載該類的ClassLoader被回收，代表該類的Class對(duì)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(diǎn)是效率低，并且造成內(nèi)存碎片。

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

標(biāo)記整理算法：標(biāo)記垃圾，然后把有用的對(duì)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(duì)象的生命周期（有的生命周期長(zhǎng)，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(huì)被回收，所以需要復(fù)制的對(duì)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(gè)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(shí)class文件，不是以它開頭的都不會(huì)被虛擬機(jī)處理。

版本號(hào)（5-6，7-8字節(jié)）：次版本號(hào)，主版本號(hào)。生成class文件的編譯器的版本?？上蚯凹嫒荩豢上蚝蠹嫒?。

常量池（9-n字節(jié)）：開始的兩個(gè)字節(jié)表示常量池中常量的數(shù)目，計(jì)數(shù)從1開始。接下來(lái)是每個(gè)常量，常量池中存放兩大類的常量：字面量和符號(hào)引用。符號(hào)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(xiàng)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(gè))

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

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

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

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

CONSTANT_Class_info 7類或接口的符號(hào)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(hào)引用 tag(u1)+index(u2)+index(u2)

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

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

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

訪問標(biāo)志（n+1，n+2）：16位來(lái)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(xiàng)的索引

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

接下來(lái)還有一些可選的項(xiàng)，不細(xì)說了。

類的加載

類加載器機(jī)制：JVM把class文件加載到內(nèi)存，然后驗(yàn)證，檢驗(yàn)，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(yùn)行期間完成的。

類型的生命周期：加載，連接（驗(yàn)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(huì)對(duì)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(yùn)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(shí)并不會(huì)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(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建一個(gè)代表該類的Class對(duì)象。

驗(yàn)證：確保class文件的字節(jié)流包含的信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求。大致上完成四個(gè)檢驗(yàn)過程：文件格式驗(yàn)證，元數(shù)據(jù)驗(yàn)證，字節(jié)流驗(yàn)證，符號(hào)引用驗(yàn)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(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用，符號(hào)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(duì)類，接口，字段，類或接口的方法這些符號(hào)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(jī)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)把類加載階段中的“通過一個(gè)類的全限定名來(lái)獲取描述這個(gè)類的二進(jìn)制流”這個(gè)動(dòng)作放到虛擬機(jī)外面去實(shí)現(xiàn)，以便讓程序自己覺得如何獲取所需要的類。這個(gè)動(dòng)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(duì)于任意一個(gè)類，都需要由類加載器和類本身共同確定在虛擬機(jī)中的唯一性。

從虛擬機(jī)的角度看，類加載器分為兩種，一是啟動(dòng)類加載器，它是虛擬機(jī)的一部分，由C++實(shí)現(xiàn)；二是其他的類加載器，獨(dú)立于虛擬機(jī)，由java實(shí)現(xiàn)，繼承ClassLoader抽象類

。

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

啟動(dòng)類加載器：加載

擴(kuò)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(kù)，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(dòng)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(lái)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(gè)類時(shí)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(dòng)類加載器，如果它能加載就加載那個(gè)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(jī)的一個(gè)核心組成部分。虛擬機(jī)是相對(duì)于物理機(jī)而言的，區(qū)別在于物理機(jī)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(jī)的執(zhí)行引擎則是由自己實(shí)現(xiàn)。因此虛擬機(jī)可以定義自己的指令集和執(zhí)行引擎的體系結(jié)構(gòu)。

運(yùn)行時(shí)棧幀結(jié)構(gòu)：棧幀結(jié)構(gòu)是支持虛擬機(jī)方法調(diào)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它是虛擬機(jī)棧的棧元素，用于存儲(chǔ)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(dòng)態(tài)鏈接和方法返回地址等信息。每一個(gè)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。