一、Java类加载机制

类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存，它的整个生命周期包括：加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initiallization）、使用（Using）和卸载（Unloading）这7个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为连接（Linking），这七个阶段的发生顺序如下图

1.加载Loading：

1）通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。

2）将这个字节流所代表的静态变量、类信息、常量等内容放入到方法区。

3）在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

2.验证Verification：

目的是确保class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身安全，

验证阶段主要包括四个检验过程：文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证

3.准备Preparation

静态成员的初始化。准备阶段是正式为类变量分配内存并设置其初始值的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区中分配。关于这点，有两个地方注意一下：

1）这时候进行内存分配的仅仅是类变量（被static修饰的变量），而不是实例变量，实例变量将会在对象实例化的时候随着对象一起分配在Java堆中

2）这个阶段赋初始值的变量指的是那些不被final修饰的static变量，比如"public static int value = 123;"，value在准备阶段过后是0而不是123，给value赋值为123的动作将在初始化阶段才进行

4.解析Resolution

解析阶段是虚拟机常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。 Java在编译阶段，会将.java文件编译成.class文件，在生成的.class文件中，static修饰的静态变量就是我们常说的符号引用，但是在编译阶段该符号引用并不知道引用类的实际内存地址(虚拟机还没运行)。直到解析阶段，虚拟机加载了该类才能真正解析到具体的内存地址。

5.初始化Initialization

初始化阶段做的事就是给static变量赋予用户指定的值以及执行静态代码块

二、双亲委派加载

1.类加载器介绍：

从Java开发人员的角度来看，大部分Java程序一般会使用到以下三种系统提供的类加载器：

1)启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载JAVA_HOME\lib目录中并且能被虚拟机识别的类库到JVM内存中，如果名称不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载。该类加载器无法被Java程序直接引用。

2)扩展类加载器（Extension ClassLoader）：该加载器主要是负责加载JAVA_HOME\lib\，该加载器可以被开发者直接使用。

3)应用程序类加载器（Application ClassLoader）：该类加载器也称为系统类加载器，它负责加载用户类路径（Classpath）上所指定的类库，开发者可以直接使用该类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

4)自定义类加载器(必须继承 ClassLoader)。

这些类加载器之间的关系如下图所示：

如上图所示的类加载器之间的这种层次关系，就称为类加载器的双亲委派模型（Parent Delegation Model）。该模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。子类加载器和父类加载器不是以继承（Inheritance）的关系来实现，而是通过组合（Composition）关系来复用父加载器的代码。

2.双亲委派模型的工作过程为：

如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的加载器都是如此，因此所有的类加载请求都会传给顶层的启动类加载器，只有当父加载器反馈自己无法完成该加载请求（该加载器的搜索范围中没有找到对应的类）时，子加载器才会尝试自己去加载

3.双亲委派模型 的好处：

使用这种模型来组织类加载器之间的关系的好处是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如java.lang.Object类，无论哪个类加载器去加载该类，最终都是由启动类加载器进行加载，因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。否则的话，如果不使用该模型的话，如果用户自定义一个java.lang.Object类且存放在classpath中，那么系统中将会出现多个Object类，应用程序也会变得很混乱。如果我们自定义一个rt.jar中已有类的同名Java类，会发现JVM可以正常编译，但该类永远无法被加载运行

三、JVM运行时数据区

1.堆(Heap)

1)被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建;

2)用来存储对象实例;

3)可以通过-Xmx和-Xms控制堆的大小

4) java堆是垃圾收集器管理的主要区域。java堆还可以细分为：新生代（New/Young）、旧生代/年老代（Old/Tenured）

2.方法区(Method Area)

1)被所有线程共享的一块内存区域

2)用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据

3.虚拟机栈(VM Stack)

1)线程私有，生命周期与线程相同

2) 存储方法的局部变量表(基本类型、对象引用)、操作数栈、动态链接、方法出口等信息

4.本地方法栈(Native Method Stack)

与虚拟机栈相似，主要为虚拟机使用到的Native方法服务，在HotSpot虚拟机中直接把本地方法栈与虚拟机栈二合一

5.程序计数器（Program Counter Register）

1）当前线程所执行的字节码的行号指示器

2）当前线程私有

四、JVM常见配置

-Xss：每个线程的java虚拟机内存大小

1.堆设置

-Xms:初始堆大小

-Xmx:最大堆大小

-XX:NewSize=n:设置年轻代大小

-XX:NewRatio=n:设置年轻代和年老代的比值。如:为3，表示年轻代与年老代比值为1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的1/4

-XX:SurvivorRatio=n:年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一个Survivor区占整个年轻代的1/5

-XX:MaxPermSize=n:设置持久代大小

2.收集器设置

-XX:+UseSerialGC:设置串行收集器

-XX:+UseParallelGC:设置并行收集器

-XX:+UseParalledlOldGC:设置并行年老代收集器

-XX:+UseConcMarkSweepGC:设置并发收集器

3.垃圾回收统计信息

-XX:+PrintGC

-XX:+PrintGCDetails

-XX:+PrintGCTimeStamps

-Xloggc:filename

4.并行收集器设置

-XX:ParallelGCThreads=n:设置并行收集器收集时使用的CPU数。并行收集线程数。

-XX:MaxGCPauseMillis=n:设置并行收集最大暂停时间

-XX:GCTimeRatio=n:设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n)

5.并发收集器设置

-XX:+CMSIncrementalMode:设置为增量模式。适用于单CPU情况。

-XX:ParallelGCThreads=n:设置并发收集器年轻代收集方式为并行收集时，使用的CPU数。并行收集线程数

五、JVM垃圾回收机制

1.Java中的四种引用类型

1)强引用. 这里的o就是一个强引用，也是我们用得最多的引用，在实例化类的时候经常会用到。遇到这类引用，GC（垃圾回收器）是绝对不会回收它的。当遇到内存不足的情况，JVM会抛出OOM异常。所以，在不使用这类对象的时候要注意释放它，以便让系统回收

Object o = new Object();

2)软引用. 这里的s就是一个软引用，它是用来描述一些有用但非必需的对象。如果一个对象只具有软引用，则内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它；如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存

SoftReference<String> s = new SoftReference<>(new String("Hello"));

System.out.println(s.get());

3)弱引用。只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存

WeakReference<String> w = new WeakReference<>(new String("Hello"));

System.out.println(w.get());

System.gc();

System.out.println(w.get());

4)虚引用。与其他几种引用都不同，虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用，一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。它唯一的作用就是就是用于追踪，让我们能够在这个对象被回收的时候收到一个通知。

ReferenceQueue<String> queue = new ReferenceQueue<>();

PhantomReference<String> pr = new PhantomReference<>(new String("Hello"), queue);

System.out.println(pr.get());

2.如何判断对象需要被回收

1）引用计数法。在对象内部会有一个引用计数器，一旦某个地方引用它时，计数器就加1。计数器表示的是对象的人气指数，也就是有多少程序引用了这个对象（被引用数）。下图是引用计数法中的对象。

、

2）可达性分析法。所谓可达性分析就是通过一系列被称为“GC Roots”的点作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots不可达的时候，则证明此对象是可回收的

3.垃圾回收算法

回收机制——隔代收集法

新生代：

复制法：新生代活跃对象多，先将内存分为两个部分，From区和To区，两部分大小相等。对象分配时，只会在From区进行分配。复制算法可以分两步，第一步为类似标记清除算法的标记，在From区中，找出所有活动的对象。区别在于第二步。复制算法会把这些活动的对象，复制到To区中，再将原有的From区全部清空，并交换两部分内存的职责，即一次GC后，原有的From区会成为To区，To区相反

优点：效率高、高速分配、不会发生碎片化；GC后的内存空间是连续的。

缺点：堆使用效率低下，把堆二等分，真正存放新对象的内存区域会变少，只有一半堆能够存放对象

老年代(永久代)：

标记-整理法：分为标记和整理两个阶段：标记所有从根节点开始的遍历到的存活对象，让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存

标记—清除法：分为标记和清除两个阶段：标记所有从根节点开始的遍历到的存活对象，在标记完成后，清除所有未被标记的对象

优点：有效利用堆，能够在整个堆中进行操作

缺点：压缩花费时间，清楚和压缩都会搜索堆，浪费时间，没有压缩的话会产生碎片化问题，对象存储不连续。

4.垃圾收集器

名称	工作区域	单线程/多线程	垃圾收集算法	描述
Serial收集器	新生代	单线程	复制算法	进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束
ParNew收集器 (Serial收集器的多线程版本)	新生代	多线程	复制算法	并行：指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态；并发：指用户线程与垃圾收集线程同时执行
Parallel Scavenge收集器	新生代	多线程	复制算法	吞吐量优先收集器目标：控制吞吐量
Serial Old收集器	老年代	单线程	标记整理算法	主要意义也是在于给Client模式下的虚拟机使用
Parallel Old收集器	老年代	多线程	标记整理算法	Parallel Old 是Parallel Scavenge收集器的老年代版本 1.6之后，“吞吐量优先“收集器组合：Parallel Scavenge + Parallel Old
CMS收集器	老年代	多线程	标记-清除算法	目标：最短回收停顿时间优点：并发收集，低停顿缺点：CPU资源敏感；无法处理浮动垃圾；内存碎片问题

5.内存分配策略

Minor GC 和 Full GC

Minor GC：回收新生代，因为新生代对象存活时间很短，因此 Minor GC 会频繁执行，执行的速度一般也会比较快。
Full GC：回收老年代和新生代，老年代对象其存活时间长，因此 Full GC 很少执行，执行速度会比 Minor GC 慢很多

1）对象优先在Eden上分配，当Eden上内存不够时，发起Minor GC

2）大对象和长期存活的对象进入老年代

3) 长期存活的对象将进入老年代

3）调用System.gc()时，建议虚拟机执行Full GC，老年代空间不足也会执行Full GC

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