Java虛擬機

內存分配以及回收

Java虛擬機運行時數據區，分爲以下幾個模塊，包含所有線程共有的數據區和線程單獨享有的數據區。

1. 程序計數器：字節碼行號，通過這個計數器來選取下一條需要執行的指令，線程獨有。
2. 虛擬機棧：線程私有。方法在執行時會創建一個棧幀，用於存儲局部變量表等。局部變量表中存放了編譯器可知的基本數據類型、對象引用、returnAddress（指向了一條字節碼指令的地址）
3. 本地方法棧：與虛擬機棧類似，只不過這個地方是爲native方法服務。
4. 堆：線程共用。存放對象實例。
5. 方法區：線程共用。存儲已經被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量等。
6. 運行時常量池：用於存放編譯期生成的字面量和符合引用。字面量就是我們所說的常量概念，如文本字符串、被聲明爲final的常量值等。符號引用是一組符號來描述所引用的目標，符號可以是任何形式的字面量，只要使用時能無歧義地定位到目標即可，一般包括下面三類常量：類和接口的全限定名、字段的名稱和描述符、方法的名稱和描述符。

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JVM通過根搜索算法來判定對象是否可以回收，一般對於不能從根（GC Roots）搜索到的對象是可以被回收的。
能夠被作爲GC Roots對象有：虛擬機棧本地變量表中引用的對象（也就是正在調用的方法中引用的）；方法區中靜態屬性或常量引用的對象；本地方法棧引用的對象。

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可以被回收的對象並不一定絕對被回收，JVM先做一次標記和篩選，把那些覆蓋了finalize方法的對象篩選出來然後觸發finalize方法，如果在finalize方法中對象復活，則不回收，否則回收，且finalize方法僅會被觸發一次。

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垃圾回收算法

1. 標記-清除：把標記爲待回收的對象空間清除，容易造成大量空間碎片；
2. 複製算法：將內存分爲三個區域，一個較大的eden區和兩個較小的survivor區。每次GC都把存活的對象挪到其中一個servivor區，然後把eden全部清除。只對每次GC時存活對象較少時比較有效，適用於新生代；
3. 標記-整理：把標記後存活的對象向一個方向移動，然後清除其它空間。比較適合老年代。

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內存分配與回收策略

1. 對象默認優先分配在新生代；
2. 大對象直接分配到老年代；
3. 長期存活的對象轉移到老年代：虛擬機給每個對象定義一個對象年齡，沒發生一次minor GC，年齡就增加一次，超過默認值之後就會進入到老年代。
4. 動態對象年齡判定：對象不一定是必須到了默認年齡才能進入老年代，如果一個eden區中所有相同年齡的對象大小綜合超過eden一半的空間，那麼大於等於這個年齡的對象也會進入老年代。

類文件結構

class文件是二進制組成的，class有兩種數據類型：無符號數和表。
無符號數是基礎數據類型，其中u1表示1個字節、u2表示2個字節（一個字節8個bit，而4個bit可以表示1個16進制的數，也就是說1個字節可以用2個16進制數表示）；
表是由多個無符號數或其它表構成的。

1. magic是4個字節，也就是8個16進制數，固定爲CAFEBABE；後面分別是兩個版本號。
2. 常量池：跟着版本號之後的就是常量池（字面量和符號引用）。由於無法確認一個類中常量池有多少常量，所有先有一個值來標誌有多少個，然後再是常量具體信息。
3. 訪問標誌：常量池之後跟着的是2個字節的訪問標誌。需要被標誌的內容包括：是否public、是否final、是否abstract、是類或接口
4. 訪問標誌之後是類索引（用於確定該類的全限定名）、父類索引（用於確定父類的全限定名）、接口所有集合（實現的接口可能不止一個）
5. 字段表集合：描述接口或類中聲明的變量，包含類變量和實例變量。
6. 方法表集合：描述類或接口中聲明的fangfa。
7. 屬性表結合：
   code屬性：java方法體中的代碼經javac編譯後會存儲在code屬性中（接口中方法或抽象方法沒有code屬性）
   Exceptions屬性：列舉出方法throws後面拋出的異常；
   其它各屬性不再一一列舉。

類加載機制

類加載的時機
主動引用的幾種情況纔會加載（前提是此類沒有被加載過）

1. new一個對象、引用類的static變量（final變量除外）、調用類的static方法；
2. 對類進行反射調用時；
3. 初始化一個類時，如果父類沒有被初始化，則先初始化父類；
4. 虛擬機啓動時，初始化包含main方法的那個類

被動引用不會觸發初始化

1. 調用父類靜態方法，不會初始化子類；
2. 通過數組定義引用類，不會觸發初始化；
3. 引用靜態常量不會觸發。

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加載過程

1. 通過一個類全限定名獲取定義此類的二進制字節流（一般是class文件）
2. 將二進制字節流轉化爲方法區中的運行時數據結構
3. 在內存（堆）中生成這個類的Class類的對象，作爲方法區這個類的各個數據的訪問入口

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連接過程

1. 驗證階段：文件格式驗證（是否符合Class文件規範）、元數據驗證（是否符合java語法規範）、字節碼驗證（確保語義是符合邏輯的）、符合引用驗證。
2. 準備階段：正式爲類變量分配內存並設置初始值。
   有兩點需要注意：
   一，此處只爲類變量分配內存（static修飾的），不包含實例變量；
   二，設置的初始值是這個類型的0值，不是實際值（但被final修飾的賦的就是實際值）
3. 解析階段：將符合引用替換爲直接引用

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初始化過程
初始化過程主要是執行類構造器<cinit>方法

1. <cinit>方法主要是手機所有類變量的賦值動作，和靜態語句塊（staic {}）;
2. 虛擬機會保證<cinit>方法在父類中先調用，這樣說明父類的static語句塊要比子類的static變量賦值操作先執行，以下代碼中，字段B的值將會是2
3. 這也說明了一個問題：new一個對象時，靜態變量賦值和靜態語句塊會在類的構造方法前執行。

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類加載器

1. 比較兩個類對象是否相等，只有加載兩個類加載器的完全一樣，纔有意義；
2. 如果一個類加載器收到一個類加載請求，它首先會請求委派給父類加載器完成，父類無法完成時，子類加載器才進行加載。

虛擬機字節碼執行引擎

運行時棧幀結構

1. 局部變量表：存放方法參數和局部變量。每個變量以slot爲單位，slot可以複用注意，如果沒有int a = 0這一行代碼，placeholder是不會被回收的，因爲如果不加這行代碼，就沒有任何對局部變量表的讀寫操作，這個slot就不會被佔用。
2. 操作數棧：方法執行過程中，會有各種字節碼出棧入棧
3. 動態鏈接：一部分符合引用在類加載時轉化爲直接引用，這是靜態機械；而一部分則是運行時轉化爲直接應用，這叫動態鏈接

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方法調用和分派

1. 所有的方法在Class文件中都是一個符合引用，而一部分方法在類加載時就直接解析爲直接引用。這種方法必須是“編譯時已知，運行時不可變”，就是靜態方法和私有方法兩大類
2. 靜態分派：依賴靜態類型來定位方法執行版本稱爲靜態分派，典型應用是重載。
   Human是靜態類型，後面的Man和Women則是實際類型。
   靜態類型在編譯器可知，而動態類型則是在運行時才能知道。
3. 動態分派：運行期間根據實際類型來確定方法執行版本，典型應用是覆蓋。
   結果是
   

內存模型及線程安全

JMM規定所有內存都存儲於主內存中，每條線程還有自己的工作內存。
變量的讀取、賦值操作必須在工作內存中進行。
內存直接的交互操作，主要有以下8種操作：


8種操作需要滿足以下規則

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volatile關鍵字

1. volatile關鍵字保證了變量的所有線程的可見性，但並非是線程安全的。
   兩種情況下是線程不安全的：
   一，變量依賴於自身（比如i++之類的）
   二，變量依賴於其它變量（比如i=a+3）
2. volatile禁止語義重排序
3. volatile的具體實現