Java虚拟机

内存分配以及回收

Java虚拟机运行时数据区，分为以下几个模块，包含所有线程共有的数据区和线程单独享有的数据区。

1. 程序计数器：字节码行号，通过这个计数器来选取下一条需要执行的指令，线程独有。
2. 虚拟机栈：线程私有。方法在执行时会创建一个栈帧，用于存储局部变量表等。局部变量表中存放了编译器可知的基本数据类型、对象引用、returnAddress（指向了一条字节码指令的地址）
3. 本地方法栈：与虚拟机栈类似，只不过这个地方是为native方法服务。
4. 堆：线程共用。存放对象实例。
5. 方法区：线程共用。存储已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等。
6. 运行时常量池：用于存放编译期生成的字面量和符合引用。字面量就是我们所说的常量概念，如文本字符串、被声明为final的常量值等。符号引用是一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可，一般包括下面三类常量：类和接口的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符。

JVM通过根搜索算法来判定对象是否可以回收，一般对于不能从根（GC Roots）搜索到的对象是可以被回收的。
能够被作为GC Roots对象有：虚拟机栈本地变量表中引用的对象（也就是正在调用的方法中引用的）；方法区中静态属性或常量引用的对象；本地方法栈引用的对象。

可以被回收的对象并不一定绝对被回收，JVM先做一次标记和筛选，把那些覆盖了finalize方法的对象筛选出来然后触发finalize方法，如果在finalize方法中对象复活，则不回收，否则回收，且finalize方法仅会被触发一次。

垃圾回收算法

1. 标记-清除：把标记为待回收的对象空间清除，容易造成大量空间碎片；
2. 复制算法：将内存分为三个区域，一个较大的eden区和两个较小的survivor区。每次GC都把存活的对象挪到其中一个servivor区，然后把eden全部清除。只对每次GC时存活对象较少时比较有效，适用于新生代；
3. 标记-整理：把标记后存活的对象向一个方向移动，然后清除其它空间。比较适合老年代。

内存分配与回收策略

1. 对象默认优先分配在新生代；
2. 大对象直接分配到老年代；
3. 长期存活的对象转移到老年代：虚拟机给每个对象定义一个对象年龄，没发生一次minor GC，年龄就增加一次，超过默认值之后就会进入到老年代。
4. 动态对象年龄判定：对象不一定是必须到了默认年龄才能进入老年代，如果一个eden区中所有相同年龄的对象大小综合超过eden一半的空间，那么大于等于这个年龄的对象也会进入老年代。

类文件结构

class文件是二进制组成的，class有两种数据类型：无符号数和表。
无符号数是基础数据类型，其中u1表示1个字节、u2表示2个字节（一个字节8个bit，而4个bit可以表示1个16进制的数，也就是说1个字节可以用2个16进制数表示）；
表是由多个无符号数或其它表构成的。

1. magic是4个字节，也就是8个16进制数，固定为CAFEBABE；后面分别是两个版本号。
2. 常量池：跟着版本号之后的就是常量池（字面量和符号引用）。由于无法确认一个类中常量池有多少常量，所有先有一个值来标志有多少个，然后再是常量具体信息。
3. 访问标志：常量池之后跟着的是2个字节的访问标志。需要被标志的内容包括：是否public、是否final、是否abstract、是类或接口
4. 访问标志之后是类索引（用于确定该类的全限定名）、父类索引（用于确定父类的全限定名）、接口所有集合（实现的接口可能不止一个）
5. 字段表集合：描述接口或类中声明的变量，包含类变量和实例变量。
6. 方法表集合：描述类或接口中声明的fangfa。
7. 属性表结合：
   code属性：java方法体中的代码经javac编译后会存储在code属性中（接口中方法或抽象方法没有code属性）
   Exceptions属性：列举出方法throws后面抛出的异常；
   其它各属性不再一一列举。

类加载机制

类加载的时机
主动引用的几种情况才会加载（前提是此类没有被加载过）

1. new一个对象、引用类的static变量（final变量除外）、调用类的static方法；
2. 对类进行反射调用时；
3. 初始化一个类时，如果父类没有被初始化，则先初始化父类；
4. 虚拟机启动时，初始化包含main方法的那个类

被动引用不会触发初始化

1. 调用父类静态方法，不会初始化子类；
2. 通过数组定义引用类，不会触发初始化；
3. 引用静态常量不会触发。

加载过程

1. 通过一个类全限定名获取定义此类的二进制字节流（一般是class文件）
2. 将二进制字节流转化为方法区中的运行时数据结构
3. 在内存（堆）中生成这个类的Class类的对象，作为方法区这个类的各个数据的访问入口

连接过程

1. 验证阶段：文件格式验证（是否符合Class文件规范）、元数据验证（是否符合java语法规范）、字节码验证（确保语义是符合逻辑的）、符合引用验证。
2. 准备阶段：正式为类变量分配内存并设置初始值。
   有两点需要注意：
   一，此处只为类变量分配内存（static修饰的），不包含实例变量；
   二，设置的初始值是这个类型的0值，不是实际值（但被final修饰的赋的就是实际值）
3. 解析阶段：将符合引用替换为直接引用

初始化过程
初始化过程主要是执行类构造器<cinit>方法

1. <cinit>方法主要是手机所有类变量的赋值动作，和静态语句块（staic {}）;
2. 虚拟机会保证<cinit>方法在父类中先调用，这样说明父类的static语句块要比子类的static变量赋值操作先执行，以下代码中，字段B的值将会是2
3. 这也说明了一个问题：new一个对象时，静态变量赋值和静态语句块会在类的构造方法前执行。

类加载器

1. 比较两个类对象是否相等，只有加载两个类加载器的完全一样，才有意义；
2. 如果一个类加载器收到一个类加载请求，它首先会请求委派给父类加载器完成，父类无法完成时，子类加载器才进行加载。

虚拟机字节码执行引擎

运行时栈帧结构

1. 局部变量表：存放方法参数和局部变量。每个变量以slot为单位，slot可以复用注意，如果没有int a = 0这一行代码，placeholder是不会被回收的，因为如果不加这行代码，就没有任何对局部变量表的读写操作，这个slot就不会被占用。
2. 操作数栈：方法执行过程中，会有各种字节码出栈入栈
3. 动态链接：一部分符合引用在类加载时转化为直接引用，这是静态机械；而一部分则是运行时转化为直接应用，这叫动态链接

方法调用和分派

1. 所有的方法在Class文件中都是一个符合引用，而一部分方法在类加载时就直接解析为直接引用。这种方法必须是“编译时已知，运行时不可变”，就是静态方法和私有方法两大类
2. 静态分派：依赖静态类型来定位方法执行版本称为静态分派，典型应用是重载。
   Human是静态类型，后面的Man和Women则是实际类型。
   静态类型在编译器可知，而动态类型则是在运行时才能知道。
3. 动态分派：运行期间根据实际类型来确定方法执行版本，典型应用是覆盖。
   结果是
   

内存模型及线程安全

JMM规定所有内存都存储于主内存中，每条线程还有自己的工作内存。
变量的读取、赋值操作必须在工作内存中进行。
内存直接的交互操作，主要有以下8种操作：


8种操作需要满足以下规则

volatile关键字

1. volatile关键字保证了变量的所有线程的可见性，但并非是线程安全的。
   两种情况下是线程不安全的：
   一，变量依赖于自身（比如i++之类的）
   二，变量依赖于其它变量（比如i=a+3）
2. volatile禁止语义重排序
3. volatile的具体实现