深入理解虚拟机

JVM的结构

从上面的图可以看到，包含Class文件，类加载器（classloader），内存空间（分为方法区，java堆区，java栈区，本地方法区，垃圾收集），执行引擎，本地方法接口。

• class文件 就是 java 文件编译生成的
• ClassLoader 是加载.class文件的加载器
• 方法区 是用来存储被加载的类信息，常量，静态常量，静态方法等，（永远占据内存）。常量池在方法区内，收到方法区的限制，当常量池无法申请到内存的时候就会抛出OutOfMemoryError异常
• 堆区 是存放所有new出来的对象，是java虚拟机所管理的内存中最大的一块，被所有的线程共享，也是GC管理的主要区域
• java栈区 每个方法被调用的时候都会创建一个栈帧，用来存储局部变量，操作栈，动态链接，方法出口灯信息。当线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度的时候会抛出StackOverflowError。当栈的扩展无法申请到足够内存的时候会抛出OutOfMemoryError异常
• 本地方法区 主要为native方法服务，线程隔离，跟java虚拟机栈类似。区别就是java虚拟机栈是用来执行java服务的，而本地方法栈是为执行native方法服务的
• 程序计数器 是线程隔离区域，每个线程都有自己的程序计数器，存储当前执行的字节码的行号，保证线程切换后能恢复到原来的执行位置。

Java代码的编译和执行过程

编译：

Java源代码是不能被机器识别的，需要经过编译器变异成JVM虚拟机可执行的.class字节码文件，在由解释器解释运行。把.java文件编译成.class文件。上面图其实就是javac命令根据不同的解析语法来解析java文件。

加载：

使用Classloader或者它的子类加载编译好的文件，Java中主要包含下面几中加载器

Bootstrap ClassLoader： 根ClassLoader，用C++实现，专门用来加载Java的核心API：$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar中所有class文件rt的意思是runtime

Extension ClassLoader： 加载Java扩展API jre/lib/ext中的类

App ClassLoader： 加载classpath目录下定义的class，也就是应用程序用到的ClassLoader。

Custom ClassLoader： 可以自定义的ClassLoader，可以继承这个ClassLoader然后自己实现。

类的加载过程如下

加载：把.class类的信息从文件中获取并且载入到JVM内存里

验证：检查读入的字节码是否符合JVM规范

准备：分配一个数据结构来存储类的信息,为静态变量分配内存，将其初始化为默认值。

解析：把这个类的常量池中的所有的符号引用改变成直接引用

初始化：执行静态初始化程序，把静态变量初始化成指定的值

执行：

JVM执行引擎执行字节码

垃圾回收

垃圾回收主要针对堆内存部分，按照分代算法划分，堆内存空间可以分为年轻代和老年代。

年轻代和老年代是根据对象的存活周期的不同划分的，年轻代短，老年代长。

刚创建的对象会放到年轻代，年轻代的对象一般会在下一次垃圾回收的时候被回收，多次GC都没有被回收的对象就进入到了老年代

我们可以根据业务动态的调整年轻代和老年代的区域的大小。

垃圾收集算法找出哪些是垃圾

引用计数算法：

给每个对象分配一个引用计数器，每当有地方引用该对象的时候，引用计数器的值加一，当引用失效的时候，引用计数器减一，如果引用计数器为0说明该对象不在被引用了

缺点：如果两个对象之间互相引用，比如A引用B，B引用A，别的对象都没有引用A或者B，这时候他们俩其实是垃圾了，但是他们的引用计数器不为0，计数器也就无法通知GC回收他俩了。

可达性算法（java1.2之后）：

通过一些被称为引用链（GC Roots）的对象作为起点，从这些节点开始往下搜索，搜索走过的路程叫做引用链（Reference Chain），如果一个对象到GC Roots没有任何引用链接，说明这个对象不可用了。

Java中可以被称为GC Root的对象可以是一下几种：

（1）虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象

（2）方法区中静态属性引用的对象

（3）方法区中常量引用的对象

（4）本地方法中Native方法引用的对象

上面两种算法中都有引用这个概念，Java中的引用有四种

（1）强引用，new出来的对象比如Object obj = new Object()的引用。垃圾回收器永远不会收集被强引用的对象。

（2）软引用，一些有用但不是必须的对象Java中使用java.lang.ref.SoftReference来表示，在内存不足的时候会回收改对象

（3）弱引用，非必须对象，当垃圾回收的时候无论内存是否充足，都会回收被弱引用挂你蓝的对象，Java中使用java.lang.ref.WeakReference这个类来表示

（4）虚引用，任何时候都可以被回收，Java中使用java.lang.ref.PhantomReference类表示。用的不多。

垃圾回收算法回收垃圾

1.标记清除算法

图片是从网上寻找的

从根节点开始遍历所有的引用，未被引用的对象标记为可回收对象，清除可回收对象

优点：不需要对象的移动，直接删除未被引用的对象，在对象较少的时候效率高

缺点：由于直接删除对象，会造成内存碎片

2.复制算法

图片是从网上寻找的

找一块空闲内存，从根节点开始遍历，把可以引用的对象复制到新的内存块中，然后清除原来内存块中的所有对象

优点：不会出现内存碎片

缺点：需要一块内存作为交换空间来移动对象，空间成本较高

3.标记整理算法

图片是从网上寻找的

从根节点开始遍历标记有引用的对象，未被标记的就是需要回收的，删除掉需要回收的对象之后，把所有对象压缩到内存的一端

优点：不会产生内存碎片

缺点：需要进行对象的移动，时间成本较高。

触发回收

• Java虚拟机无法为新的对象分配内存空间了
• 手动调用System.gc()方法（不推荐）
• 低优先级的GC线程被运行时会执行GC

Dalvik VM 和 JVM的区别

• 执行文件不同，一个是class,一个是dex
• 类加载的系统与JVM区别较大
• 可以同时存在多个Dalvik VM
• Dalvik是基于寄存器的，而JVM是基于栈的

Dalvik VM 和 ART的区别

• DVM使用JIT来将字节码转换成机器码，每次都要重新加载，效率低。
• ART使用AOT的预编译技术，当应用安装的时候，就把字节码转换成机器码。
• ART会占用更多的应用安装时间和存储空间，以空间换时间。