一、类加载子系统

 

1、类加载的过程：装载、链接、初始化，其中，链接又分为验证、准备和解析

装载：加载class文件

 

验证：确保字节流中包含信息符合当前虚拟机要求

 

准备：分配内存，设置初始值

 

解析：将变量从符号引用改为直接引用

 

初始化：执行类构造器方法

 

 

 

2、类加载器的分类

加载阶段使用到类加载器，类加载器分为：由C++实现的引导类加载器和由java实现的自定义加载器

 

自定义加载器又分为三层类加载器：拓展类加载器，应用程序类加载器和系统类加载器

 

 

 

①、引导类加载器：启动类加载器，将lib目录下，或-Xbootclasspasth参数指定路径存放的，java虚拟机能识别的类库加载进虚拟机；

 

②、拓展类加载器：将\lib\ext目录中，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中所有的类库加载进虚拟机；

 

③、系统类加载器：应用程序类加载器：负责加载用户类路径上所有的类库，可以直接在开发中使用这个类加载器；

 

④、自定义类加载器：用户自定义的类。

 

3、双亲委派机制

java虚拟机对class文件采用按需加载的方式，即在需要使用到类时，才加载对应的类到内存中，并且使用双亲委派机制的模式进行加载：

 

①：当一个类加载器收到了类加载的请求，不会立刻自己加载，而是将请求委托给父类的加载器去加载；

 

②、当父类加载器还存在父类加载器，则继续往上依次委托，最终的委托到最顶层的启动类加载器；

 

③、如果父类的加载器可以完成类加载器，则成功返回；如果父类加载器无法完成加载，子类加载器才会尝试着自己去加载。

 

这就是双亲委派机制的加载过程。

 

双亲委派机制的优势：

可以避免类的重复加载；

 

保护程序的安全，避免核心的api被篡改。

 

4、沙箱安全机制

java代码被限定在虚拟机特定的运行范围中，并且严格限制代码对本地资源的访问，通过这样来保护代码的的有效隔离性，防止本地系统造成破坏，这就是沙箱安全机制。

 

沙箱主要限制系统资源访问，例如：cpu、内存，文件系统、网络。不同级别的代码相对这些资源的访问的限制也可以是不一样的。

 

二、运行时数据区

1、虚拟机栈

每个线程在创建的时候，都会创建一个虚拟机栈，虚拟机栈是属于线程私有的。

 

 

 

a、栈帧（Stack Frame）

虚拟机栈中会存放着一个一个的栈帧，一个栈帧对应着一个方法，用于支持方法的调用和方法执行的数据结构；

 

虚拟机栈帧中存放着方法的局部变量表、操作数栈、动态链接和方法返回地址，在编译代码时，栈帧中需要多大的局部变量表和多深的操作数栈都已经确定好了。

 

①局部变量表：是一组变量值存储空间，用于存放方法参数和方法内定义的局部变量。注意：在mian（）方法中，第一个表中的第一个位置的参数是args；

 

局部变量表存放了编译器可知的各种基本数据类型，对象引用和方法返回地址；

 

局部变量表以变量槽为最小单位，每个槽可以存放32位的长度，即long类型和doubule类型占俩个变量槽，而其他的基本数据类型占一个变量槽。

 

②操作数栈：用于保存计算过程中的中间结果，同时作为计算过程中变量的临时存放空间；

 

③动态链接：指向运行时常量池中该帧所属方法的引用；包含这个引用的目的是为了支持当前方法的代码能够实现动态链接，如：invokedynamic指令。

 

在java源文件被编译到字节文件中时，所有的变量和方法引用都作为符号引用保存在class文件的常量池里，程序运行时将其加载进方法区的运行时常量池中；

 

如描述一个方法调用了另外的其他方法时，就是　 通过常量池中指向方法的符号引用来表示的，那么动态链接的作用就是为了将这些符号引用 转为调用方法的直接引用。

 

④方法返回地址：存放该方法在寄存器中的值，即是该方法的指令地址，方便执行引擎在执行完该方法后，回到该方法对应的指令行号，这样才能继续执行下去。

 

2、程序计数器

程序计数器，又称pc寄存器，存储下一条要执行的指令的地址，每个线程都有专属的pc寄存器。

 

程序执行时，会不停的切换不同的线程进行执行，有些线程可能执行一般，就被停止执行，转而执行其他线程，这时候pc寄存器会记录下知道到的指令行号，等到线程获取到资源重新执行时，会依据pc寄存器中的指令，继续往下执行。

 

3、堆

 

 

堆由新生代和老年代组成

 

新生代

新生代由Eden区(伊甸园区)和俩个Survior(幸存区)，Survior0,Survior1，新生代一般用来存放新创建的对象。

 

①Endn区：几乎所有的对象都在Eden区中创建，即Eden是大部分对象产生的地方；

 

创建的对象有部分存在的周期很短，有些对象的存在周期很长，当Eden区的内存满了时，会触发Minor GC 进行垃圾收集；

 

②Survior区： 幸存区 ，幸存区划分为俩个区Survior0和Surivor1即，幸存区0和幸存区1，在进行垃圾收集时，哪个区为空则为Survior0；一般都是俩个区互相替换成为Survior0；

 

Survior0 和Survior1俩个区的存储空间一般为1:8的比例，但实际大多数情况都达不到这个比例，可以使用-XX：SurviorRatio参数进行设置。

 

老年代

老年代一般用来存放生存周期较长的对象，当老年代的存储空间不足时，会触发Major GC或Full GC进行垃圾收集。

 

新生代和老年的存储空间比例为1:2，可以通过 -XX:NewRatio 参数进行设置。

 

垃圾收集

在堆中，有三个垃圾收集算法：Minor GC、Major GC 和 Full GC

 

①Minor GC

新生代垃圾收集，只是新生代（Eden、Survior0和Survior1）的垃圾收集。

 

触发机制：当新生代中的Eden区的空间不足时触发（注意：Survior区空间不足时不会主动触发，Survior区只会被动触发机制）进行垃圾收集。因为大多数java对象都具备朝生夕灭的特性，所以Minor GC触发的非常频繁，一般回收的速度也比较快。

 

收集过程：a、新生代中，对于每个对象都有一个引用计数器，当Eden区的空间满了只有，只有还被引用的对象能存活不被清理，并且会转移到Survior0区，对象的引用计数器增加1，代表这个对象存活的年龄增大一岁；

 

b、重复a步骤，将存活的对象复制到S0区，存活年龄增大，已存在在S0区的对象也相对应的增加存活年龄；

 

c、当Eden区和S0区空间满时，会将S0中的对象转移到S1中，存活的对象相对应的存活年龄，然后Eden和S0区会被清空，存活的对象全部在S1中，并且对象的存在着不一样的存活年龄。此时S0会变成意义上的S1（区中为空），S1会变成意义上的S0；如此反复，空的区为S1，对象存活的数据区为S0。

 

d、当不断进行Minor GC知道对象的存活年达到阈值（通过-XX：MaxTenuringThreshold设置，默认是15），则达到阈值年龄的对象，会判定为生命周期较长的对象，会被promote到老年代；不断的进行Minor GC，也会不断有对象被promote到老年代中。

 

TLAB：TLAB是一块为了解决线程安全问题所设置的存储空间，属于新生代的Ede区，TLAB内存空间非常小，仅占Eden的1%，不是所有的对象的实例都能在TLAB中成功分配内存，但JVM确实是以TLAB作为分配内存的首选。

 

堆空间是所有线程共享的，但Eden中的TLAB是线程私有的，解决线程的安全问题。

 

Major GC

老年代垃圾收集，只进行老年代的垃圾收集。

一个对象如果很大，那么会直接进入老年代中，即老年代存在着大对象和存活周期长的对象。

 

触发机制：老年代的空间不足时，会尝试触发Minor GC 进行新生代的垃圾收集，如果触发后空间还是不足，则触发Major GC；

 

Major GC的速度一般会比Minor GC的速度慢10倍以上，STW的时间更长，如果触发后依旧空间不住，则报OOm错误。

 

一把只有CMS GC 会有单独收集老年代的行为，很多时候，Major GC和 Full GC都是混淆这是用触发。

 

收集过程：一般Major GC 和 Full GC 同时触发，收集整个堆。

 

Full GC

整堆收集，收集整个java堆和方法区的垃圾。

 

触发机制：a、调用System.gc()时，系统会建议执行Full GC，但不必然执行；

 

b、老年代空间不足时；

 

c、方法区空间不足时；

 

d、通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存；

 

e、有Eden区、Survior space0(From space) 区向Survior space（To space)区复制时，对象大小大于 To space的可用空间大小，则对象复制到老年代，但对象大小又大于老年代可用空间时触发。

 

Full GC是开发或调优中尽量避免的，这样暂停的时间会短一些

 

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