一、類加載機(jī)制

1、什么是類的加載

類的加載指的是將類的.class文件中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存中，將其放在運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)內(nèi)，然后在堆區(qū)創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class對象，用來封裝類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。類的加載的最終產(chǎn)品是位于堆區(qū)中的Class對象，Class對象封裝了類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且向Java程序員提供了訪問方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口

2、類的生命周期

類的生命周期包括：加載、連接、初始化、使用和卸載，其中前三部是類的加載的過程

加載：查找并加載類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，在Java堆中也創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class類的對象

連接：連接又包含三塊內(nèi)容：驗(yàn)證、準(zhǔn)備、初始化。1）驗(yàn)證，文件格式、元數(shù)據(jù)、字節(jié)碼、符號引用驗(yàn)證；2）準(zhǔn)備，為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值；3）解析，把類中的符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用

初始化：為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值

使用：new出對象程序中使用

卸載：執(zhí)行垃圾回收

3、類加載器??

啟動類加載器：Bootstrap ClassLoader，負(fù)責(zé)加載存放在JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安裝目錄，下同)下，或被-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中的，并且能被虛擬機(jī)識別的類庫

擴(kuò)展類加載器：Extension ClassLoader，該加載器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載DK\jre\lib\ext目錄中，或者由java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中的所有類庫（如javax.*開頭的類），開發(fā)者可以直接使用擴(kuò)展類加載器。

應(yīng)用程序類加載器：Application ClassLoader，該類加載器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader來實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載用戶類路徑（ClassPath）所指定的類，開發(fā)者可以直接使用該類加載器

4、類加載機(jī)制

全盤負(fù)責(zé)，當(dāng)一個(gè)類加載器負(fù)責(zé)加載某個(gè)Class時(shí)，該Class所依賴的和引用的其他Class也將由該類加載器負(fù)責(zé)載入，除非顯示使用另外一個(gè)類加載器來載入

父類委托，先讓父類加載器試圖加載該類，只有在父類加載器無法加載該類時(shí)才嘗試從自己的類路徑中加載該類

緩存機(jī)制，緩存機(jī)制將會保證所有加載過的Class都會被緩存，當(dāng)程序中需要使用某個(gè)Class時(shí)，類加載器先從緩存區(qū)尋找該Class，只有緩存區(qū)不存在，系統(tǒng)才會讀取該類對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成Class對象，存入緩存區(qū)。這就是為什么修改了Class后，必須重啟JVM，程序的修改才會生效

二、JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)

1、內(nèi)存結(jié)構(gòu)

Java堆（Heap）,是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊。Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動時(shí)創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實(shí)例，幾乎所有的對象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存。

方法區(qū)（Method Area）,方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。

程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）,程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間，它的作用可以看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。

JVM棧（JVM Stacks）,與程序計(jì)數(shù)器一樣，Java虛擬機(jī)棧（Java Virtual Machine Stacks）也是線程私有的，它的生命周期與線程相同。虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法被執(zhí)行的時(shí)候都會同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）用于存儲局部變量表、操作棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個(gè)方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過程。

本地方法棧（Native Method Stacks）,本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，其區(qū)別不過是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧則是為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)。

2、堆區(qū)結(jié)構(gòu)

Java堆區(qū)分為Young（新生代）和Old（老年代）兩塊大的區(qū)域，其中Young和Old區(qū)域默認(rèn)比例為1：2( 該值可以通過參數(shù) –XX:NewRatio 來指定 )。Young區(qū)內(nèi)又分為Eden、Survivor from和Survivor to三個(gè)區(qū)域，比例為8：1：1.JVM 每次只會使用 Eden 和其中的一塊 Survivor 區(qū)域來為對象服務(wù)，所以無論什么時(shí)候，總是有一塊 Survivor 區(qū)域是空閑著的。因此，新生代實(shí)際可用的內(nèi)存空間為 9/10 ( 即90% )的新生代空間。

2、對象分配規(guī)則

對象優(yōu)先分配在Eden區(qū)，如果Eden區(qū)沒有足夠的空間時(shí)，虛擬機(jī)執(zhí)行一次Minor?GC。

大對象直接進(jìn)入老年代（大對象是指需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的對象）。這樣做的目的是避免在Eden區(qū)和兩個(gè)Survivor區(qū)之間發(fā)生大量的內(nèi)存拷貝（新生代采用復(fù)制算法收集內(nèi)存）。

長期存活的對象進(jìn)入老年代。虛擬機(jī)為每個(gè)對象定義了一個(gè)年齡計(jì)數(shù)器，如果對象經(jīng)過了1次Minor?GC那么對象會進(jìn)入Survivor區(qū)，之后每經(jīng)過一次Minor?GC那么對象的年齡加1，知道達(dá)到閥值對象進(jìn)入老年區(qū)。

動態(tài)判斷對象的年齡。如果Survivor區(qū)中相同年齡的所有對象大小的總和大于Survivor空間的一半，年齡大于或等于該年齡的對象可以直接進(jìn)入老年代。

空間分配擔(dān)保。每次進(jìn)行Minor?GC時(shí)，JVM會計(jì)算Survivor區(qū)移至老年區(qū)的對象的平均大小，如果這個(gè)值大于老年區(qū)的剩余值大小則進(jìn)行一次Full?GC，如果小于檢查HandlePromotionFailure設(shè)置，如果true則只進(jìn)行Monitor?GC,如果false則進(jìn)行Full?GC。

三、GC算法和垃圾回收器

1、對象存活判斷

引用計(jì)數(shù)：每個(gè)對象有一個(gè)引用計(jì)數(shù)屬性，新增一個(gè)引用時(shí)計(jì)數(shù)加1，引用釋放時(shí)計(jì)數(shù)減1，計(jì)數(shù)為0時(shí)可以回收。此方法簡單，無法解決對象相互循環(huán)引用的問題。

可達(dá)性分析（Reachability Analysis）：從GC Roots開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈。當(dāng)一個(gè)對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時(shí)，則證明此對象是不可用的，不可達(dá)對象。

2、GC算法

標(biāo)記 -清除算法，“標(biāo)記-清除”（Mark-Sweep）算法，如它的名字一樣，算法分為“標(biāo)記”和“清除”兩個(gè)階段：首先標(biāo)記出所有需要回收的對象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收掉所有被標(biāo)記的對象。

復(fù)制算法，“復(fù)制”（Copying）的收集算法，它將可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當(dāng)這一塊的內(nèi)存用完了，就將還存活著的對象復(fù)制到另外一塊上面，然后再把已使用過的內(nèi)存空間一次清理掉。

標(biāo)記-壓縮算法，標(biāo)記過程仍然與“標(biāo)記-清除”算法一樣，但后續(xù)步驟不是直接對可回收對象進(jìn)行清理，而是讓所有存活的對象都向一端移動，然后直接清理掉端邊界以外的內(nèi)存

分代收集算法，“分代收集”（Generational Collection）算法，把Java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)氖占惴ā?/p>

3、垃圾回收器

Serial收集器，串行收集器是最古老，最穩(wěn)定以及效率高的收集器，可能會產(chǎn)生較長的停頓，只使用一個(gè)線程去回收。

ParNew收集器，ParNew收集器其實(shí)就是Serial收集器的多線程版本。

Parallel收集器，Parallel Scavenge收集器類似ParNew收集器，Parallel收集器更關(guān)注系統(tǒng)的吞吐量。

Parallel Old 收集器，Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多線程和“標(biāo)記－整理”算法

CMS收集器，CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一種以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器。

G1收集器，G1 (Garbage-First)是一款面向服務(wù)器的垃圾收集器,主要針對配備多顆處理器及大容量內(nèi)存的機(jī)器. 以極高概率滿足GC停頓時(shí)間要求的同時(shí),還具備高吞吐量性能特征

4、垃圾回收器分析

垃圾回收器從線程運(yùn)行情況分類有三種

（1）串行回收，Serial回收器，單線程回收，全程stw

（2）并行回收，名稱以Parallel開頭的回收器，多線程回收，全程stw

（3）并發(fā)回收，cms與G1，多線程分階段回收，只有某階段會stw；

CMS垃圾回收器的特點(diǎn)

（1）cms只會回收老年代和永久帶（1.8開始為元數(shù)據(jù)區(qū)，需要設(shè)置CMSClassUnloadingEnabled），不會收集年輕帶；

（2）cms是一種預(yù)處理垃圾回收器，它不能等到old內(nèi)存用盡時(shí)回收，需要在內(nèi)存用盡前，完成回收操作，否則會導(dǎo)致并發(fā)回收失敗；所以cms垃圾回收器開始執(zhí)行回收操作，有一個(gè)觸發(fā)閾值，默認(rèn)是老年代或永久帶達(dá)到92%；