深入理解Java虚拟机(一)

 2019-12-22 10:47  阅读(749)
文章分类:JVM

一、运行时数据区域

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1、程序计数器:

  • 当前线程执行字节码的行号指示器(通过改变计数器的值来选择下条需要执行的字节码指令)
  • 每个线程有独立的程序计数器(线程私有,为了切换线程时能恢复到挣钱的执行位置)
  • 如果执行java方法,计数器记录正在执行的字节码指令地址。如果执行的是Native方法,计数器为空。
  • 唯一没规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

2、虚拟机栈

  • 为执行Java方法服务
  • 线程私有,声明周期跟线程一致
  • 一个Java方法执行到结束的过程:栈帧从入栈到出栈的过程
  • 栈帧存储局部变量表(包括基本数据类型和对象的引用类型)、操作栈、动态链接、方法出口等信息
  • 异常:线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度,抛出StackOverflowError。虚拟机动态扩展过程中无法申请到足够的内存,会抛出OutOfMemoryError异常。

3、本地方法栈

  • 为虚拟机用到的Native方法服务
  • 也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError的异常

4、Java堆

  • 用来存储对象的实例
  • 所有线程共享的一块内存区域
  • 从内存回收的角度可以分为新生代和老年代

5、方法区

  • 存放被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等
  • 线程共享

6、运行时常量池

  • 方法区的一部分
  • 存放编译期生成的各种字面量和符号引用

二、垃圾回收(GC)

  • 哪些内存需要回收
  • 什么时候回收
  • 怎么回收

1、判断对象是否存活

1、引用计数法:

  • 给Java对象添加一个引用计数器,每当有一个地方引用它时,计数器+1;引用失效则-1。当计算器不为0时,判断对象存活
  • 缺点:如果两个对象相互循环引用时,因为计算器不为0,不能被回收。实际上对象应该被回收。

2、可达性分析算法:

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(1)原理:
把”GC Roots”的对象作为起点,然后向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链,当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时,即该对象不可达,也就说明此对象是不可用的。

(2)可作为GC Root对象:

  • 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象
  • 方法区中类静态属性引用的对象
  • 方法区常量引用的对象
  • 本地方法栈中JNI引用的镀锡

3、判断一个类可回收:

  • 该类所有实例对象被回收
  • 加载该类的ClassLoader已经被回收
  • 该类对应的Class对象没被引用,无法通过反射访问该类的方法

2、引用类型

通过引用的强度分为强、软、弱、虚四种引用类型

  • 强应用:一般Object b=new Object()这类引用,只要强引用存在,GC就不会回收被引用的对象。
  • 软引用:系统在发生内存溢出之前,会将这些对象二次回收。如果还没足够内存,才会抛出内存溢出异常。通过SoftReference来实现。
  • 弱引用:GC回收时,无论内存是否足够,都会收会被弱引用关联的对象。通过WeakReference来实现。
  • 虚引用:作用是在对象被回收时收到一个系统通知。通过PhantomReference来实现。

3、垃圾收集算法

1、标记-清除算法:标记出所有需要回收的对象,标记完统一清除被标记的对象。

缺点:

  • 标记和清理的效率不高
  • 标记清除后会产生大量不连续的内存碎片

2、复制算法:将内存分为大小相等的两块,每次只用一块,当这一块内存用完,将存活对象复制到另一块,将使用过的内存一次清理。

优缺点:

  • 不会产生内存碎片的问题
  • 缺点是将内存缩小到了之前的一半
  • 在对象存活率高时进行多次复制操作,效率会低。

3、标记-整理算法:标记需要回收的对象,将存活对象向一端移动(整理),清理掉可回收的对象。

4、分代收集算法:根据对象存活周期不同,将Java堆内存分为新生代和老年代。

  • 新生代:只有少量对象存活,使用复制算法。
  • 老年代:大量对象存活,使用标记清除或者标记整理算法。

三、类加载机制

1、类加载时机

1、定义:
把Class文件加载到内存中,并对数据进行校验、解析和初始化,行成可被虚拟机直接使用的Java类型。类从被加载到虚拟机内存中开始,到卸载出内存结束。

2、生命周期:

  • 加载
  • 验证
  • 准备
  • 解析
  • 初始化
  • 使用
  • 卸载 加载、验证、准备、初始化、卸载的顺序确定。

3、需要对类进行初始化的场景

  • new实例化对象、读取或设置类的静态字段,调用类的静态方法(被final修饰,已在编译期将结果放入常量池的静态字段除外)
  • 对类进行反射
  • 初始化一个类,若父类还没初始化,先触发父类的初始化
  • 需指定一个执行的主类(包含main方法的类),虚拟机先初始化该类
  • JDK1.7动态语言,MethodHandle实例解析结果REF_getStatis、REF_putStatis、REF_invokeStatis的方法句柄

4、不会方法初始化的场景:
所有引用类的方式不会触发初始化,例如子类引用父类的静态字段,只触发父类初始化。

5、接口初始化和类初始化的区别:
接口初始化时,不要求其父类接口全部完成初始化。

2、类加载过程

包括加载、验证、准备、解析、初始化5步

1、加载:

  • 通过类全限定名获取定义该类的二进制字节流
  • 将字节流的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构
  • 内存中生成该类的Class对象,作为访问该类数据的入口

2、验证:

  • 文件格式验证,验证字节流是否符合Class文件格式规范
  • 元数据验证,对字节码描述的信息进行语义分析
  • 字节码验证,确定语义合法
  • 符号引用验证,对常量池符号引用校验

3、准备: 为类变量(static修饰的变量)分配内存并设置变量初始值

4、解析: 将常量池符号引用替换为直接引用(直接指向目标的指针)的过程

5、初始化: 开始执行类中定义的Java代码

3、类加载器

同一个Class文件,被两个不同的类加载器加载,这两个类不相等。相等包括equals、instanceOf、isInstance方法返回的结果。

1、类别:

  • 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):加载<JAVA_HOME>\lib目标,或者被-Xbootclasspath参数指定的路径,可被虚拟机识别的类库
  • 扩展类加载器(Extension ClassLoader):加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录,或被java.ext.dirs系统变量指定的路径的类库
  • 应用类加载器(Application ClassLoader):加载ClassPath上指定的类库

2、双亲委托机制
除了顶层的类加载器外,其他的类加载器都有自己的父类加载器。父子之间通过组合来复用父加载器代码。
双亲委托机制的工作流程:一个类加载器收到类加载的请求,首先将请求委托给父类加载器去完成,最终所有加载请求都会传递给顶层的启动加载器中。当父加载器发现未找到所需的类而无法完成加载请求时,子加载器才尝试去加载。

ClassLoader

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException {
        //检查请求的类是否已经被加载
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            try {
                if (parent != null) {
                    //让父类加载器去尝试加载
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                //父类加载器抛异常
            }

            if (c == null) {
                //然后调用自身的findClass方法来进行类加载
                c = findClass(name);
            }
        }
        return c;
    }
  • 先检查是否被加载过,如果没有则调用父加载类去加载
  • 父加载器为空,则调用启动类加载器
  • 父加载器加载失败,则抛出ClassNotFoundException异常
  • 然后去调用自身的findClass方法去进行类加载

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