Java JVM --- JVM内存区域划分，类加载，GC垃圾回收
文章目录
- JVM
- JVM内存区域划分
- 类加载
- 类加载的基本流程
- 双亲委派模型
- GC垃圾回收
- GC的过程
JVM
- JVM主要是面试要考察，它是Java虚拟机中的内容
- 面试中经常考的主题：
(1) JVM 内存区域划分
(2) JVM 中类加载的过程
(3) JVM 中垃圾回收机制
JVM内存区域划分
一个运行起来的Java进程就是一个JVM虚拟机，就需要从操作系统申请一大块内存，就会把这个内存，划分成不同的区域，每个区域都有不同的作用。
这个区域就类似租一个写字楼，进行装修
（这个大的场地，相当与申请了一大块内存空间）
JVM 申请了一大块内存之后，也会划分成不同的内存区域
-
方法区（jdk 1.7及其之前）/ 元数据区（jdk 1.8 开始往后）
这里存储的内容，就是类对象（.class文件，加载到内存之后，就成了类对象了） -
堆
这里存储的内容，就是代码中new的对象
（占据空间最大的区域） -
栈
这里存储的内容，就是代码执行过程中，方法之间的调用关系
比如 a->b->c->d，a方法调用b方法，b方法调用c方法，以此类推
4. 程序计数器
比较小的空间，主要就是存放一个地址，表示下一条要执行的指令，在内存中的哪个地方（方法区里，每个方法，里面的指令，都是以二进制的形式存在的，保存到对应的类对象中的）
(1) 刚开始调用方法，程序计数器，记录的就是方法的入口地址。随着一条一条的执行指令，每记录一条，程序计数器的值都会自动更新，去指向下一条指令
(2) 如果是一个顺序执行的代码，下一条指令就是把指令地址进行递增（栈顶是低地址，栈底是高地址）
(3) 如果是 条件/循环代码，下一条指令就可能会跳转到一个比较远的地址
常见面试题：
给你一个代码，问你某个变量，是处于内存中的哪个区域中?
有一个问题，容易让我们搞错，变量处于哪个空间上，和变量是不是引用类型，是不是基本类型，没关系~
每个线程都有自己私有的栈空间
在C++中可以访问别的线程的空间，所以在C++中不是私有的，而在Java中是有自己私有的栈空间的
5. 内存区域划分
(1) 理解这些区起到的作用
(2) 给你一个代码，给你一个变量，问你这个变量是在哪个区的问题
类加载
- 类加载：java代码会被编译成.class文件（包含了一些字节码），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。
jvm就会操作程序计数器去类对象中读取指令，并执行了
所谓的执行代码，就是调用方法。就需要先知道每个方法，编译后生成的指令都是什么
类加载的基本流程
- 书上和官方文档把这个类加载的过程，主要分成了5个步骤（或者是三个步骤，把中间三个步骤合为一个步骤了）
要想学习这个，最好是去读源码，openjdk是开源的，官方的jdk（oracle）是不开源的
下面的东西都要当做是八股文来背了
（1） 加载：找到 .class 文件，打开文件，读取文件内容
往往代码中，会给定某个类，全限定类名，例如：java.lang.String，java.util.ArrayList，jvm就会根据这个类名，在一些指定的目录范围内，查找
（2）验证：.class文件是一个二进制的格式（某个字节，都有某些特定含义的），就需要验证你当前读到的这个格式是否符合要求
Attributes：注解
（3）准备：给类对象分配内存空间（最终的目标，是要构造出类对象）
这里只是分配内存空间，还没有初始化呢。此时这个空间上的内存的数值，就是全0的。（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
举个栗子：
期权就是符号引用，股权就是直接引用，公司没有上市就是期权（在文件中），公司上市了就是股权（在内存中）
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，以及还可能需要加载一下父类（比如子类继承了父类的）
以上内容，要求我们需要熟练背诵，面试的时候很大概率会遇到原题
双亲委派模型
- 双亲委派模型：属于类加载中，第一个步骤（加载中的第一个步骤），其中的一个环节
- 作用：负责根据全限定类名，找到 .class文件
这里的双亲，指的是parent这个单词，双亲之一，parents才是真正的双亲。
实际上这里翻译成父亲委派模型更合适一些
JVM中内置了三个类加载器：
3. 类加载的过程（找 .class文件的过程）
4. 搞双亲委派模型的主要原因：是为了保证优先级，让标准库优先查找，再让扩展库找，最后让自己写的类和第三方库找
所谓的双亲委派模型，其实就是一个简单的查找优先级问题，只不过面试中经常考它，是因为它有一个高大上的名字
- 双亲委派模型，也不是不可打破的。如果我们自己写一个类加载器，不一定非要遵守上述的流程。
比如：tomcat里，加载webapp的时候就是用的自定义的类加载器。就只能在webapp指定的目录中找，这里找不到，就算了，直接抛异常，不会去标准库啥的里面去找了！！
- 可以从最高级的那个加载器开始加载吗？这是可以的，JVM中用了递归的方法，效果都是一样的
GC垃圾回收
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在C语言和C++中都有动态申请内存，如果没有及时地释放空间，那么就会产生内存泄漏的风险。
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在C++中即使调用了delete，还是有可能出现内存泄漏的问题
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GC垃圾回收机制的好处：JVM会自动判定这个内存是否要继续使用，如果不用了就会被回收
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C++为什么不引入GC ?
STW问题就是中间突然卡顿一下 -
GC真正要释放的是堆上的对象
GC的过程
gc可以理解成两个大的步骤：
1.找到垃圾
2.释放垃圾
垃圾：指的是一个不再使用的对象，只是描述了一种客观的状态，没有主观贬低的意思。
如果面试官让你介绍垃圾回收，你可以介绍引用计数。如果让你介绍java的垃圾回收，介绍引用计数就不合适了
- 找到垃圾
在GC的圈子中，有两种主流的方案：
(1) 引用计数[Python，PHP]
深入理解java虚拟机中也介绍了引用计数
引用计数描述这个对象有几个引用指向它，引用计数为0，就是没有对象引用了，就垃圾回收了
为什么Java不使用引用计数？
引用计数，存在两个重要的问题
1.比较浪费内存
2.引用计数机制，存在循环引用的问题
循环引用：存在一个a引用一个对象，一个b引用一个对象，然后a里的的t引用b对象，b里面的t引用a对象，再把a对象和b对象置为null，销毁两引用。那么这两个对象中的t互相引用，要拿到a对象中的t，需要b对象中的t，要拿到b对象中的t，需要a对象中的t。这就是循环引用。
(2) 可达性分析[Java]
可达性分析：本质上是 时间换空间这样的手段。有一个 / 一组线程，周期性的扫描我们的代码中所有的对象。
举个例子：
二叉树的遍历
可达性分析，出发点有很多，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类型引用的变量…
这些可以作为出发点的统称为 GCRoots
这里的可达性分析，都是周期性进行的（可达性分析比较消耗系统资源，开销比较大，时间上消耗比较大），当前某个对象是否是垃圾，是随着代码的执行，会发生改变（可能当前这个不是垃圾，随着代码的执行，这个就变成了垃圾）
总结：可以到达的点进行全部的遍历，并且是周期性地遍历
- 如何回收垃圾
三种基本的思路
(1) 标记清除，比较简单粗暴的释放方式（会产生大量的内存碎片，导致后续有足够的空间，但是无法申请）
(2) 复制算法（为了解决标记清除）
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
（先把空间砍一半，比如左边总共有5个对象，但是有2个对象是垃圾，那么要把有效的3个对象复制到右边，然后把左边5个对象都释放掉）
(3) 标记整理
既能够解决内存碎片问题，又能处理复制算法中利用率的问题
（比如有6个对象，3个对象有效，3个对象是垃圾，把有效的对象都搬运到前面来，后面是垃圾的一起释放掉）
实际上，JVM采用的释放思路，是上述基础思路的结合体，让不同的方案，扬长避短
上述结合（JVM释放）的过程：
分代回收，对象能活过的GC扫描轮次越多，就是越老
新生代，主要使用复制算法进行回收有效的对象，老年代，主要使用标记整理的方式回收有效的对象（标记清除，非常不好用，并没有真正采用）
分代回收，是JVM中主要的回收的思想方法，但是在垃圾回收器的具体实现的时候，可能还有一些调整和优化
其实，分代回收，就和找工作的流程是一样的，都会经历上述的新生代，幸存区和老年代的过程
主要掌握怎么找垃圾，怎么释放垃圾就可以了