【JVM】（内存区域划分 为什么要划分 具体如何分 类加载机制 类加载基本流程 双亲委派模型 类加载器 垃圾回收机制（GC））

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内存区域划分

为什么要划分

JVM启动的时候会申请到一整个很大的内存区域,JVM是一个应用程序,要从操作系统这里申请内存,JVM就需要根据,把空间,分成几个部分,每个部分各自有不同的功能作用.

具体如何分

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堆 存放new出来的对象
方法区/元数据区，存放类对象（类加载之后，存放的位置）
栈 存放方法之间的调用关系
程序计数器 存放每个线程，下一条要执行的指令的地址

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类加载机制

类加载基本流程

java代码会被编译成.class文件（包含一些字节码），java程序要想运行起来，就需要让jvm读取到这些.class文件，并且把里面的内容，构造成类对象，保存到内存的方法区中。所谓的执行代码就是调用方法。
书上和官方文档把类加载过程分成了5个步骤。

  1. 加载：找到.class文件，打开文件，读取到文件内容。
  2. 验证：.class文件是一个二进制的格式。（某个字节，都是具有特定含义的），就需要验证你当前读到的这个格式是否符合要求。
  3. 准备：给类对象分配内存空间。（只分配内存空间，没有初始化，此时空间上的内存的数值是0，此时如果尝试打印类的static成员，就是全0的）
  4. 解析：针对类对象中包含的字符串常量进行处理，进行一些初始化操作。（java代码中用到的字符串常量在编译之后也会进入到.class文件中）这个过程也叫做：把“符号引用”（文件偏移量）替换成“直接引用”（内存地址）。
  5. 初始化：针对类对象进行初始化，把类对象中需要的各个属性都设置好，还需要初始化好static成员，还需要执行静态代码块，还可能需要加载一下父类。

双亲委派模型

属于类加载中，第一个步骤“加载”过程中国，其中的一个环节。
负责根据全限定类名找到.class文件。

所谓的“双亲委派模型”就是一个查找优先级问题。

类加载器

是JVM中的一个模块，在JVM中内置了三个类加载器。

  1. BootStrap ClassLoader
  2. Extension ClassLoader
  3. Application ClassLoader

上述三个类加载有父子关系，3是子 2是父 3是爷。
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双亲委派模型过程：

类加载的过程（找class文件的过程）

  • 给定一个类的全限定类名，形如java.lang.String。
  • 从Application ClassLoader作为入口，开始执行查找的逻辑。
  • Application ClassLoader，不会立即去扫描自己负责的目录（负责的是搜索项目点前目录和第三方库对应的目录）而是把查找的任务，交给他的父亲，Extension ClassLoader。
  • Extension ClassLoader 也不会立即去扫描自己负责的目录，（负责的是JDK中一些扩展的库，对应的目录）而是把查找的任务，交给他的父亲，BootStrap ClassLoader。
  • BootStrap ClassLoader 也不想立即扫描自己负责的目录，（负责的是标准库的目录），也想把任务交给它的父亲，结果发现自己没有父亲，因此BootStrap ClassLoader只能亲自负责扫描，标准库的目录。java.lang.String这种类就能够在标准库中，找到对应的.class文件，就可以进行打开文件，读取文件后续操作。此时查找.class文件的过程就结束了。但是，如果给定的类不是标准库的类，任务仍然会被交给孩子来执行。
  • 如果没有扫描到就会回到Extension ClassLoader。Extension ClassLoader就会扫描负责的扩展库的目录，如果找到，就执行后续的类加载操作，此时查找过程结束，如果没找到，还是把任务交给孩子来执行。
  • 没有扫描到，就会回到Application ClassLoader，Application ClassLoader就会负责扫描当前目录和第三方库的目录，如果找到，就会执行后续的类加载操作，如果没找到，就会抛出一个ClassNotFoundExcepton。

之所以搞这一套流程，主要目的是为了确保，标准库的类，被加载的优先级最高，其次是扩展库，最后是自己写的类和第三方库。

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垃圾回收机制（GC）

让JVM自行判定，某个内存是否就不再使用了，如果这个内存后面确实不用了，JVM就会自动的把这个内存给回收掉，此时就不必要让程序员自己手动写代码回收。

GC这么好为什么C++不引入GC呢？

  1. 系统缺陷，需要一个/一些特定的线程，不停的扫描内存中的所有的对象，看是否能够回收。此时是需要额外的内存 + CPU资源的。C++要考虑能兼容一些配置特别低的系统。
  2. 效率问题，这样的扫描线程，不一定能够及时的释放内存（扫描总是有一定周期的），一旦同一时刻，出现大量的对象都需要被回收GC产生的负担就会很大，甚至引起整个程序都卡顿。（STW问题 stop the world）。
    GC是垃圾回收，GC回收的目标是内存中的对象，对于Java来说就是new出来的对象。栈里的局部变量，是跟随栈帧的生命周期走的。（方法执行结束，栈帧销毁，内存自然释放）
    静态变量，生命周期就是整个程序，这个始终存在，就意味着静态变量是无需释放的。

GC可以理解成两个大的步骤：

  • 找到垃圾
  1. 引用计数（Python PHP）
    new出来的对象，单独安排一块空间，来保存一个计数器。
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    缺陷：
    1.浪费内存
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    2.引用计数机制，存在“循环引用”问题。

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此时第一个对象和第二对象互相引用，要想使用第一个对象，就需要先拿到第二个对象，如果想要拿到第二个对象，又得先拿到第一个对象，这里就非常像死锁。

  1. 可达性分析（Java）

本质上就是时间换空间这样的手段，有一个/一组线程，周期性的扫描我们代码中所有的对象。（从一些特定的对象触发，尽可能的进行访问的遍历，把所有能够访问到的对象都标记成“可达”，反之经过扫描之后，未被标记的对象就是垃圾（“不可达”）了）
可达性分析出发点很多，不仅仅是所有的局部变量，还有常量池中引用的对象，还有方法区中的静态引用的变量。 这些统称为GCRoots。
可达性分析都是周期性进行的，当前某个对象是否是垃圾，是随着代码的执行，会发生改变。（可达性分析比较消耗系统资源，开销比较大）

  • 回收垃圾

三种基本思路

  1. 标记清除

把对应的对象，直接释放掉，就是标记清楚的方案，这个方案会产生很多的内存碎片，释放内存是为了让别的代码能够申请，申请内存，都是申请到“连续”的内存空间。

优点：实现简单。

缺点：产生不连续的内存碎片，如果程序需要分配一个连续内存的大对象时，就需要提前触发一次垃圾回收。

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  1. 复制算法

通过复制的方式把有效的对象，归类到一起，再统一释放剩下的空间。

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优点：执行效率高，没有内存碎片的问题。

缺点：空间利用率低，因为复制算法每次只能使用一半的内存。

  1. 标记整理

既能够解决内存碎片化的问题，又能够处理复制算法中利用率低的问题。

类似于顺序表删除元素的搬运操作。搬运的开销仍然很大。
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优点：解决了内存碎片问题，比复制算法空间利用率高。

缺点：因为有局部对象移动，所以效率不是很高。

实际上JVM采取的释放思路，是上述基础思路结结合体，让上述方案扬长避短。

分代回收：

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