前言
最近看了深入理解Java虛擬機第三版，整理了一些基礎結構圖，算是比較全的了，做一下筆記，大家一起學習。
1.Java虛擬機運行時數(shù)據(jù)區(qū)圖
JVM內存結構是Java程序員必須掌握的基礎。
程序計數(shù)器
程序計數(shù)器，可以看作當前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器
它是線程私有的。
Java虛擬機棧
線程私有的，生命周期與線程相同。
每個方法被執(zhí)行的時候都會創(chuàng)建一個"棧幀",用于存儲局部變量表(包括參數(shù))、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。
局部變量表存放各種基本數(shù)據(jù)類型boolean、byte、char、short等
本地方法棧
與虛擬機?；绢愃?，區(qū)別在于虛擬機棧為虛擬機執(zhí)行的java方法服務，而本地方法棧則是為Native方法服務。
Java堆
Java堆是java虛擬機所管理的內存中最大的一塊內存區(qū)域，也是被各個線程共享的內存區(qū)域，在JVM啟動時創(chuàng)建。
其大小通過-Xms和-Xmx參數(shù)設置，-Xms為JVM啟動時申請的最小內存，-Xmx為JVM可申請的最大內存。
方法區(qū)
它用于存儲虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、是各個線程共享的內存區(qū)域。
-可以通過-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 參數(shù)限制方法區(qū)的大小。
2. 堆的默認分配圖
Java堆 = 老年代 + 新生代
新生代 = Eden + S0 + S1
新生代與老年代默認比例的值為 1:2 ，可以通過參數(shù) –XX:NewRatio 配置。
默認的，Eden : from : to = 8 : 1 : 1 ，可以通過參數(shù)–XX:SurvivorRatio 來設定
3.方法區(qū)結構圖
方法區(qū)是各個線程共享的內存區(qū)域，它用于存儲已被虛擬機加載的類型信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼緩存等數(shù)據(jù)。
4.對象的內存布局圖
一個Java對象在堆內存中包括對象頭、實例數(shù)據(jù)和補齊填充3個部分：
對象頭包括Mark Word（存儲哈希碼，GC分代年齡等） 和 類型指針（對象指向它的類型元數(shù)據(jù)的指針），如果是數(shù)組對象，還有一個保存數(shù)組長度的空間
實例數(shù)據(jù)是對象真正存儲的有效信息，包括了對象的所有成員變量，其大小由各個成員變量的大小共同決定。
對齊填充不是必然存在的，僅僅起占位符的作用。
5.對象頭的Mark Word圖
Mark Word 用于存儲對象自身的運行時數(shù)據(jù)，如哈希碼（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標志、線程持有的鎖、偏向線程 ID、偏向時間戳等。
在32位的HotSpot虛擬機中，如果對象處于未被鎖定的狀態(tài)下，那么Mark Word的32bit空間里的25位用于存儲對象哈希碼，4bit用于存儲對象分代年齡，2bit用于存儲鎖標志位，1bit固定為0，表示非偏向鎖。
6.對象與Monitor關聯(lián)結構圖
對象是如何跟monitor有關聯(lián)的呢？
一個Java對象在堆內存中包括對象頭，對象頭有Mark word，Mark word存儲著鎖狀態(tài)，鎖指針指向monitor地址。這其實是Synchronized的底層哦~
7.Java Monitor的工作機理圖：
Java 線程同步底層就是監(jiān)視鎖Monitor~，如下是Java Monitor的工作機理圖：
想要獲取monitor的線程,首先會進入_EntryList隊列。
當某個線程獲取到對象的monitor后,進入_Owner區(qū)域，設置為當前線程,同時計數(shù)器_count加1。
如果線程調用了wait()方法，則會進入_WaitSet隊列。它會釋放monitor鎖，即將_owner賦值為null,_count自減1,進入_WaitSet隊列阻塞等待。
如果其他線程調用 notify() / notifyAll() ，會喚醒_WaitSet中的某個線程，該線程再次嘗試獲取monitor鎖，成功即進入_Owner區(qū)域。
同步方法執(zhí)行完畢了，線程退出臨界區(qū)，會將monitor的owner設為null，并釋放監(jiān)視鎖。
8.創(chuàng)建一個對象內存分配流程圖
對象一般是在Eden區(qū)生成。
如果Eden區(qū)填滿，就會觸發(fā)Young GC。
觸發(fā)Young GC的時候，Eden區(qū)實現(xiàn)清除，沒有被引用的對象直接被清除。
依然存活的對象，會被送到Survivor區(qū)，Survivor =S0+S1.
每次Young GC時，存活的對象復制到未使用的那塊Survivor 區(qū)，當前正在使用的另外一塊Survivor 區(qū)完全清除，接著交換兩塊Survivor 區(qū)的使用狀態(tài)。
如果Young GC要移送的對象大于Survivor區(qū)上限，對象直接進入老年代。
一個對象不可能一直呆在新生代，如果它經(jīng)過多次GC，依然活著，次數(shù)超過-XX:MaxTenuringThreshold的閥值，它直接進入老年代。簡言之就是，對象經(jīng)歷多次滾滾長江，紅塵世事，終于成為長者（進入老年代）
9.可達性分析算法判定對象存活
可達性分析算法是用來判斷一個對象是否存活的~
算法的核心思想：
通過一系列稱為“GC Roots”的對象作為起始點，從這些節(jié)點開始根據(jù)引用關系向下搜索，搜索走過的路徑稱為“引用鏈”，當一個對象到 GC Roots 沒有任何的引用鏈相連時(從 GC Roots 到這個對象不可達)時，證明此對象不可能再被使用。
10.標記-清除算法示意圖
標記-清除算法是最基礎的垃圾收集算法。
算法分為兩個階段，標記和清除。
首先標記出需要回收的對象，標記完成后，統(tǒng)一回收掉被標記的對象。
當然可以反過來，先標記存活的對象，統(tǒng)一回收未被標記的對象。
標記-清除 兩個缺點是，執(zhí)行效率不穩(wěn)定和內存空間的碎片化問題~
11.標記-復制算法示意圖
1969年 Fenichel提出“半?yún)^(qū)復制”，將內存容量劃分對等兩塊，每次只使用一塊。當這一塊內存用完，將還存活的對象復制到另外一塊，然后把已使用過的內存空間一次清理掉~
1989年，Andrew Appel提出“Appel式回收”，把新生代劃分為較大的Eden和兩塊較小的Survivor空間。每次分配內存只使用Eden和其中一塊Survivor空間。發(fā)生垃圾收集時，將Eden和Survivor中仍然存活的對象一次性復制到另外一塊Survivor空間上。Eden和Survivor比例是8:1~
“半?yún)^(qū)復制”缺點是浪費可用空間，并且，如果對象存活率高的話，復制次數(shù)就會變多，效率也會降低。
12.標記-整理算法示意圖
1974年，Edward 提出“標記-整理”算法，標記過程跟“標記-清除”算法一樣，接著讓所有存活的對象都向內存空間一端移動，然后直接清理掉邊界以外的內存~
標記-清除算法和標記整理算法本質差異是：前者是一種非移動式的回收算法，后者是移動式的回收算法。
是否移動存活對象都存在優(yōu)缺點，移動雖然內存回收復雜，但是從程序吞吐量來看，更劃算；不移動時內存分配更復雜，但是垃圾收集的停頓時間會更短，所以看收集器取舍問題~
Parallel Scavenge收集器是基于標記-整理算法的，因為關注吞吐。CMS收集器是基于標記-清除算法的，因為它關注的是延遲。
13.垃圾收集器組合圖
新生代收集器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge
老年代收集器：CMS、Serial Old、Parallel Old
混合收集器：G1
14.類的生命周期圖
一個類從被加載到虛擬機內存開始，到卸載出內存為止，這個生命周期經(jīng)歷了七個階段：加載、驗證、準備、解析、初始化、使用、卸載。
加載階段：
通過一個類的全限定名來獲取定義此類的二進制字節(jié)流。
將這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結構轉化為方法區(qū)的運行時數(shù)據(jù)結構。
在內存中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象，作為方法區(qū)這個類的各種數(shù)據(jù)的訪問入口
驗證：
驗證的目的是確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息滿足約束要求，保證這些代碼運行時不會危害虛擬機自身安全
驗證階段有：文件格式校驗、元數(shù)據(jù)校驗、字節(jié)碼校驗、符號引用校驗。
準備
準備階段是正式為類中定義的變量（靜態(tài)變量）分配內存并設置類變量初始值的階段。
解析
解析階段是虛擬機將常量池內的符號引用替換為直接引用的過程。
初始化
到了初始化階段，才真正開始執(zhí)行類中定義的Java字節(jié)碼。
15.類加載器雙親委派模型圖
雙親委派模型構成
啟動類加載器，擴展類加載器，應用程序類加載器，自定義類加載器
雙親委派模型工作過程是
如果一個類加載器收到類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把這個請求委派給父類加載器完成。每個類加載器都是如此，只有當父加載器在自己的搜索范圍內找不到指定的類時（即ClassNotFoundException），子加載器才會嘗試自己去加載。
為什么需要雙親委派模型？
如果沒有雙親委派，那么用戶是不是可以自己定義一個java.lang.Object的同名類，java.lang.String的同名類，并把它放到ClassPath中,那么類之間的比較結果及類的唯一性將無法保證，因此，雙親委派模型可以防止內存中出現(xiàn)多份同樣的字節(jié)碼。
16.棧幀概念結構圖
棧幀是用于支持虛擬機進行方法調用和方法執(zhí)行背后的數(shù)據(jù)結構。棧幀存儲了方法的局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)連接和方法返回地址信息。
局部變量表
是一組變量值的存儲空間，用于存放方法參數(shù)和方法內部定義的局部變量。
局部變量表的容量以變量槽(Variable Slot)為最小單位。
操作數(shù)棧
操作數(shù)棧，也稱操作棧，是一個后入先出棧。
當一個方法剛剛開始執(zhí)行的時候, 該方法的操作數(shù)棧也是空的, 在方法的執(zhí)行過程中, 會有各種字節(jié)碼指令往操作數(shù)棧中寫入和提取內容, 也就是出棧與入棧操作。
動態(tài)連接
每個棧幀都包含一個指向運行時常量池中該棧幀所屬方法的引用, 持有引用是為了支持方法調用過程中的動態(tài)連接(Dynamic Linking)。
方法返回地址
當一個方法開始執(zhí)行時, 只有兩種方式退出這個方法 。一種是執(zhí)行引擎遇到任意一個方法返回的字節(jié)碼指令。另外一種退出方式是在方法執(zhí)行過程中遇到了異常。
17.Java內存模型圖
Java內存模型規(guī)定了所有的變量都存儲在主內存中
每條線程還有自己的工作內存
線程的工作內存中保存了該線程中是用到的變量的主內存副本拷貝
線程對變量的所有操作都必須在工作內存中進行，而不能直接讀寫主內存。
不同的線程之間也無法直接訪問對方工作內存中的變量，線程間變量的傳遞均需要自己的工作內存和主存之間進行數(shù)據(jù)同步進行。
18.線程狀態(tài)轉換關系圖
Java語言定義了6種線程池狀態(tài)：
新建（New）：創(chuàng)建后尚未啟動的線程處于這種狀態(tài)
運行（Running）：線程開啟start（）方法，會進入該狀態(tài)。
無限等待（Waiting）：處于這種狀態(tài)的線程不會被分配處理器執(zhí)行時間，一般LockSupport::park（）,沒有設置了Timeoout的Object::wait()方法，會讓線程陷入無限等待狀態(tài)。
限期等待（Timed Waiting）：處于這種狀態(tài)的線程不會被分配處理器執(zhí)行時間，在一定時間之后他們會由系統(tǒng)自動喚醒。sleep（）方法會進入該狀態(tài)~
阻塞（Blocked）：在程序等待進入同步區(qū)域的時候，線程將進入這種狀態(tài)~
結束（Terminated）：已終止線程的線程狀態(tài)，線程已經(jīng)結束執(zhí)行
19. Class文件格式圖
u1、u2、u4、u8 分別代表1個字節(jié)、2個字節(jié)、4個字節(jié)和8個字節(jié)的無符號數(shù)
表是由多個無符號數(shù)或者其他表作為數(shù)據(jù)項構成的復合數(shù)據(jù)類型
每個Class文件的頭四個字節(jié)被稱為魔數(shù)（記得以前校招面試，面試官問過我什么叫魔數(shù)。。。）
minor和major version表示次版本號，主版本號
緊接著主次版本號之后，是常量池入口，常量池可以比喻為Class文件里的資源倉庫~
20.JVM參數(shù)思維導圖
JVM調優(yōu)是通往高級開發(fā)的必經(jīng)橋梁，所以好好積累JVM參數(shù)配置哈~這里擺上一張jvm調優(yōu)的思維導圖
作者：Jay_huaxiao
