JVM——内存布局、类加载机制及垃圾回收机制

一、JVM内存布局

JVM内存布局也叫做JVM运行时数据区，由以下部分组成：

下面了解各区域的作用（重要）：

1> 程序计数器：记录当前指令执行到哪个地址

2> 元数据区：保存当前类被加载好的数据（类名、方法名、方法参数个数等）

3> 栈：保存方法间的调用关系（本地方法栈保存的是本地方法间的调用关系，虚拟机栈保存的是Java方法之间的调用关系）

4> 堆：保存对象

二、JVM类加载

2.1 类加载机制

对于一个类，它的生命周期是这样的：

其中前5步是固定的顺序，也是类加载的流程，具体内容如下（重要）：

1）加载

通过类的全限定名（包名+类名）找到.class文件并读取到内存中

2）验证

校验.class文件读取到的内容是否是合法的，并且将这里的内容转化为结构化的数据

3）准备

为类中定义的静态变量分配内存，并设置初始值

4）解析

将常量池中的符号应用改为直接引用

5）初始化

将类对象进行最终的初始化，对对象的各种属性进行填充（如果发现这个类的父类还没有加载，也会触发父类的类加载）

 2.2 双亲委派模型

双亲委派模型应用在类加载过程中的加载步骤的，它描述了类加载器（专门用于类的加载）之间的协作关系，JVM默认提供3种类加载器，委派过程如下（重要）：

三、垃圾回收机制

3.1 死亡对象的判断算法

JVM中的垃圾回收，实际上是回收对象，以对象为单位，既然要回收垃圾，就需要先找到垃圾，相关算法主要有 1）引用计数算法  2）可达性分析算法

3.1.1 引用计数算法

算法思想：给对象增加一个引用计数器，每有一个地方引用，计数器+1，每有一个引用失效，计数器-1，只需要通过判断计数器中的值是否为0来判断对象为垃圾

JVM中并没有使用这种算法，主要是因为这个算法存在循环引用的问题：

3.1.2 可达性分析算法

可达性分析算法是JVM采取的死亡对象判断算法

算法思想：类似于遍历树/图，JVM会通过一系列称为“GC Root”的对象作为起点，不断向下遍历，遍历到的对象会被标记为可达，没有遍历到的对象会被标记为不可达，不可达的对象会被当作垃圾回收。

3.2 垃圾回收算法

3.2.1 标记-清除算法

算法思想：算法分为“标记”和“清除”两个阶段，首先标记出所有待回收对象，标记完后统一回收所有被标记对象。

缺点：

（1）效率问题：标记和清除两个过程的效率都不高

（2）空间问题：会产生内存碎片问题，导致后续需要分配较大对象时不得不提前触发另一次垃圾收集。

3.2.2 复制算法

算法思想：将内存划分为两份，每次只使用其中一份，将不用回收的对象复制到另一份空间，再将这份空间全部释放。

缺点：

（1）空间利用率底    

（2）如果不是垃圾的对象太多，复制成本很高

3.3.3 标记-整理算法

算法思想：标记出待回收对象后，将所有存活对象都向一端移动，然后直接释放端边界以外内存（和顺序表删除元素类似，存活对象移动过程中将待删除对象覆盖）

缺点：移动过程开销太大

3.3.4 分代算法（JVM采取）

算法思想：将内存划分为两块，根据存活对象的周期不同（经历的GC次数）分为新生代和老年代，在新生代（Minor）中，每次垃圾回收都有大批对象死去，只有少量存活，因此我们采用复制算法；而老年代（Full）中对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须采用"标记-整理"算法，具体细节如下图：

优点：

（1）一般认为，新生代中的大部分对象都会快速消亡，使得每次复制开销可控

（2）老年代的对象大部分生命周期较长，使得整理的开销也可控