JVM體系結(jié)構(gòu)

JVM是一種解釋執(zhí)行class文件的規(guī)范技術(shù)。

JVM體系結(jié)構(gòu)

我翻譯的中文圖：

中文圖

類裝載器子系統(tǒng)

在JVM中負責裝載.class文件（一種8位二進制流文件，各個數(shù)據(jù)項按順序緊密的從前向后排列， 相鄰的項之間沒有間隙，經(jīng)編譯器編譯.java源文件后生成，每個類（或者接口）都單獨占有一個class文件）。

運行時數(shù)據(jù)區(qū)

方法區(qū)

當JVM使用類裝載器定位class文件，并將其輸入到內(nèi)存中時。會提取class文件的類型信息，并將這些信息存儲到方法區(qū)中。同時放入方法區(qū)中的還有該類型中的類靜態(tài)變量。

• 該類型的全限定名。如java.io.FileOutputStream
• 該類型的直接超類的全限定名。如java.io.OutputStream
• 該類型是類類型還是接口類型。
• 該類型的訪問修飾符(public、abstract、final)。
• 任何直接超接口的全限定名的有序列表。如java.io.Closeable, java.io.Flushable。
• 該類型的常量池。比如所有類型（Class）、方法、字段的符號、基本數(shù)據(jù)類型的直接數(shù)值（final）等。
• 字段信息：對類型中聲明的每個字段。
• 方法信息。
• 類靜態(tài)變量：靜態(tài)變量而不是放在堆里面，所以靜態(tài)屬于類，不屬于對象。
• 指向ClassLoader類的引用。
• 指向Class類的引用。
• 方法表：為了能快速定位到類型中的某個方法，JVM對每個裝載的類型都會建立一個方法表，用于存儲該類型對象可以調(diào)用的方法的直接引用，這些方法就包括從超類中繼承來的。而這張表與Java動態(tài)綁定機制的實現(xiàn)是密切相關的。

常量池

常量池指的是在編譯期被確定，并被保存在已編譯的.class文件中的一些數(shù)據(jù)。除了包含代碼中所定義的各種基本數(shù)據(jù)類型和對象型（String及數(shù)組）的常量值（final，在編譯時確定，并且編譯器會優(yōu)化）還包含一些以文本形式出現(xiàn)的符號引用（類信息），比如：

• 類和接口的全限定名
• 字段的名稱和描述符
• 方法和名稱和描述符

虛擬機必須給每個被裝載的類型維護一個常量池。常量池就是該類型所用到常量的一個有序集合，包括直接常量（string、integer等）和其他類型，字段和方法的符號引用。

方法區(qū)是多線程共享的。也就是當虛擬機實例開始運行程序時，邊運行邊加載進class文件。不同的Class文件都會提取出不同類型信息存放在方法區(qū)中。同樣，方法區(qū)中不再需要運行的類型信息會被垃圾回收線程丟棄掉。

堆內(nèi)存

Java 程序在運行時創(chuàng)建的所有類型對象和數(shù)組都存儲在堆中。JVM會根據(jù)new指令在堆中開辟一個確定類型的對象內(nèi)存空間。但是堆中開辟對象的空間并沒有任何人工指令可以回收，而是通過JVM的垃圾回收器負責回收。

• 堆中對象存儲的是該對象以及對象所有超類的實例數(shù)據(jù)(但不是靜態(tài)數(shù)據(jù))。
• 其中一個對象的引用可能在整個運行時數(shù)據(jù)區(qū)中的很多地方存在，比如Java棧，堆，方法區(qū)等。
• 堆中對象還應該關聯(lián)一個對象的鎖數(shù)據(jù)信息以及線程的等待集合（線程等待池）。這些都是實現(xiàn)Java線程同步機制的基礎。
• java中數(shù)組也是對象，那么自然在堆中會存儲數(shù)組的信息。

程序計數(shù)器

對于一個運行的Java而言，每一個線程都有一個PC寄存器。當線程執(zhí)行Java程序時，PC寄存器的內(nèi)容總是下一條將被執(zhí)行的指令地址。

Java棧

每啟動一個線程，JVM都會為它分配一個Java棧，用于存放方法中的局部變量，操作數(shù)以及異常數(shù)據(jù)等。當線程調(diào)用某個方法時，JVM會根據(jù)方法區(qū)中該方法的字節(jié)碼組建一個棧幀。并將該棧幀壓入Java棧中，方法執(zhí)行完畢時，JVM會彈出該棧幀并釋放掉。

注意：Java棧中的數(shù)據(jù)是線程私有的，一個線程是無法訪問另一個線程的Java棧的數(shù)據(jù)。這也就是為什么多線程編程時，兩個相同線程執(zhí)行同一方法時，對方法內(nèi)的局部變量是不需要數(shù)據(jù)同步的原因。

java棧和局部變量詳解

成員變量有默認值（被final修飾且沒有static的必須顯式賦值），局部變量不會自動賦值。

執(zhí)行引擎

運行Java的每一個線程都是一個獨立的虛擬機執(zhí)行引擎的實例。從線程生命周期的開始到結(jié)束，他要么在執(zhí)行字節(jié)碼，要么在執(zhí)行本地方法。一個線程可能通過解釋或者使用芯片級指令直接執(zhí)行字節(jié)碼，或者間接通過JIT（即時編譯器）執(zhí)行編譯過的本地代碼。

注意：JVM是進程級別，執(zhí)行引擎是線程級別。

指令集

實際上，class文件中方法的字節(jié)碼流就是有JVM的指令序列構(gòu)成的。每一條指令包含一個單字節(jié)的操作碼，后面跟隨0個或多個操作數(shù)。

指令由一個操作碼和零個或多個操作數(shù)組成。

iload_0    // 把存儲在局部變量區(qū)中索引為0的整數(shù)壓入操作數(shù)棧。
iload_1    // 把存儲在局部變量區(qū)中索引為1的整數(shù)壓入操作數(shù)棧。
iadd         // 從操作數(shù)棧中彈出兩個整數(shù)相加，在將結(jié)果壓入操作數(shù)棧。  
istore_2   // 從操作數(shù)棧中彈出結(jié)果  

很顯然，上面的指令反復用到了Java棧中的某一個方法棧幀。實際上執(zhí)行引擎運行Java字節(jié)碼指令很多時候都是在不停的操作Java棧，也有的時候需要在堆中開辟對象以及運行系統(tǒng)的本地指令等。但是Java棧的操作要比堆中的操作要快的多，因此反復開辟對象是非常耗時的。這也是為什么Java程序優(yōu)化的時候，盡量減少new對象。

示例分析：

//源代碼 Test.java  
package edu.hr.jvm;  
  
import edu.hr.jvm.bean;  
public class Test{  
       public static void main(String[] args){  
               Act act=new Act();  
               act.doMathForever();  
       }  
}  
  
//源代碼 Act.java  
package edu.hr.jvm.bean;  
  
public class Act{  
       public void doMathForever(){  
              int i=0;  
              for(;;){  
                     i+=1;  
                     i*=2;   
              }  
       }  
}  

示例

• 首先OS會創(chuàng)建一個JVM實例(進行必要的初始化工作，比如：初始啟動類裝載器，初始運行時內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)等。

• 然后通過自定義類裝載器加載Test.class。并提取Test.class字節(jié)碼中的信息存放在方法區(qū) 中(具體的信息在上面已經(jīng)講過)。上圖展示了方法區(qū)中的Test類信息，其中在常量池中有一個符號引用“Act”(類的全限定名，注意：這個引用目前還沒有真正的類信息的內(nèi)存地址)。

• 接著JVM開始從Test類的main字節(jié)碼處開始解釋執(zhí)行。在運行之前，會在Java棧中組建一個main方法的棧幀 ，如上圖Java棧所示。JVM需要運行任何方法前，通過在Java棧中壓入一個幀棧。在這個幀棧的內(nèi)存區(qū)域中進行計算。

• 現(xiàn)在可以開始執(zhí)行main方法的第一條指令 —— JVM需要為常量池的第一項的類（符號引用Act）分配內(nèi)存空間。但是Act類此時還沒有加載進JVM（因為常量池目前只有一個“Act”的符號引用）。

• JVM加載進Act.class，并提取Act類信息放入方法區(qū)中。然后以一個直接指向方法區(qū)Act類信息的直接引用（在棧中）換開始在常量池中的符號引用“Act”，這個過程就是常量池解析 。以后就可以直接訪問Act的類信息了。

• 此時JVM可以根據(jù)方法區(qū)中的Act類信息，在堆中開辟一個Act類對象act。

• 接著開始執(zhí)行main方法中的第二條指令調(diào)用doMathForever方法。這個可以通過堆中act對象所指的方法表中查找，然后定位到方法區(qū)中的Act類信息中的doMathForever方法字節(jié)碼。在運行之前，仍然要組建一個doMathForever棧幀壓入Java棧。（注意：JVM會根據(jù)方法區(qū)中doMathForever的字節(jié)碼來創(chuàng)建棧幀的局部變量區(qū)和操作數(shù)棧的大小）

• 接下來JVM開始解釋運行Act.doMathForever字節(jié)碼的內(nèi)容了。

編譯和運行過程

編譯：源碼要運行，必須先轉(zhuǎn)成二進制的機器碼。這是編譯器的任務。

• 源文件由編譯器編譯成字節(jié)碼。 創(chuàng)建完源文件之后，程序會先被編譯為.class文件。Java編譯一個類時，如果這個類所依賴的類還沒有被編譯，編譯器就會先編譯這個被依賴的類，然后引用，否則直接引用。如果java編譯器在指定目錄下找不到該類所其依賴的類的.class文件或者.java源文件的話，編譯器話報“cant find symbol”的錯誤。
• 編譯后的字節(jié)碼文件格式主要分為兩部分：常量池和方法字節(jié)碼。常量池記錄的是代碼出現(xiàn)過的所有token(類名，成員變量名等等)以及符號引用（方法引用，成員變量引用等等）；方法字節(jié)碼放的是類中各個方法的字節(jié)碼。

運行：java類運行的過程大概可分為兩個過程：類的加載，類的執(zhí)行。需要說明的是：JVM主要在程序第一次主動使用類的時候，才會去加載該類。也就是說，JVM并不是在一開始就把一個程序就所有的類都加載到內(nèi)存中，而是到不得不用的時候才把它加載進來，而且只加載一次。

下面是程序運行的詳細步驟：

//MainApp.java  
public class MainApp {  
    public static void main(String[] args) {  
        Animal animal = new Animal("Puppy");  
        animal.printName();  
    }  
}  
//Animal.java  
public class Animal {  
    public String name;  
    public Animal(String name) {  
        this.name = name;  
    }  
    public void printName() {  
        System.out.println("Animal ["+name+"]");  
    }  
}  

• 在編譯好java程序得到MainApp.class文件后，在命令行上敲java AppMain。系統(tǒng)就會啟動一個jvm進程，jvm進程從classpath路徑中找到一個名為AppMain.class的二進制文件，將MainApp的類信息加載到運行時數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)內(nèi)，這個過程叫做MainApp類的加載。
• 然后JVM找到AppMain的主函數(shù)入口，開始執(zhí)行main函數(shù)。
• main函數(shù)的第一條命令是Animal animal = new Animal("Puppy");就是讓JVM創(chuàng)建一個Animal對象，但是這時候方法區(qū)中沒有Animal類的信息，所以JVM馬上加載Animal類，把Animal類的類型信息放到方法區(qū)中。
• 加載完Animal類之后，Java虛擬機做的第一件事情就是在堆區(qū)中為一個新的Animal實例分配內(nèi)存，然后調(diào)用構(gòu)造函數(shù)初始化Animal實例，這個Animal實例持有著指向方法區(qū)的Animal類的類型信息（其中包含有方法表，java動態(tài)綁定的底層實現(xiàn)）的引用。
• 當使用animal.printName()的時候，JVM根據(jù)animal引用找到Animal對象，然后根據(jù)Animal對象持有的引用定位到方法區(qū)中Animal類的類型信息的方法表，獲得printName()函數(shù)的字節(jié)碼的地址。
• 開始運行printName()函數(shù)的字節(jié)碼（可以把字節(jié)碼理解為一條條的指令）。
  
  圖示

特別說明：java類中所有public和protected的實例方法都采用動態(tài)綁定機制，所有私有方法、靜態(tài)方法、構(gòu)造器及初始化方法<clinit>都是采用靜態(tài)綁定機制。而使用動態(tài)綁定機制的時候會用到方法表，靜態(tài)綁定時并不會用到。

通過前面的兩個例子的分析，應該理解了不少了吧。

類加載機制

JVM主要包含三大核心部分：類加載器，運行時數(shù)據(jù)區(qū)和執(zhí)行引擎。

虛擬機將描述類的數(shù)據(jù)從class文件加載到內(nèi)存，并對數(shù)據(jù)進行校驗，準備，解析和初始化，最終就會形成可以被虛擬機使用的java類型，這就是一個虛擬機的類加載機制。java在類中的類是動態(tài)加載的，只有在運行期間使用到該類的時候，才會將該類加載到內(nèi)存中，java依賴于運行期動態(tài)加載和動態(tài)鏈接來實現(xiàn)類的動態(tài)使用。

一個類的生命周期：

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加載，驗證，準備，初始化和卸載在開始的順序上是固定的，但是可以交叉進行。
在Java中，對于類有且僅有四種情況會對類進行“初始化”。

• 使用new關鍵字實例化對象的時候，讀取或設置一個類的靜態(tài)字段時候（除final修飾的static外），調(diào)用類的靜態(tài)方法時候，都只會初始化該靜態(tài)字段或者靜態(tài)方法所定義的類。
• 使用reflect包對類進行反射調(diào)用的時候，如果類沒有進行初始化，則先要初始化該類。
• 當初始化一個類的時候，如果其父類沒有初始化過，則先要觸發(fā)其父類初始化。
• 虛擬機啟動的時候，會初始化一個有main方法的主類。

注意：

• 子類引用父類靜態(tài)字段，只會初始化父類不會初始化子類
• 通過數(shù)組定義來引用類，也不會觸發(fā)該類的初始化
• 常量在編譯階段會存入調(diào)用類的常量池中，本質(zhì)上沒有直接引用到定義常量的類，因此也不會觸發(fā)定義常量的類的初始化

類加載過程

加載

加載階段主要完成三件事，即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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在Java堆中生成一個代表此類的Class對象，作為訪問方法區(qū)這些數(shù)據(jù)的入口。這個加載過程主要就是靠類加載器實現(xiàn)的，這個過程可以由用戶自定義類的加載過程。

驗證
這個階段目的在于確保才class文件的字節(jié)流中包含信息符合當前虛擬機要求，不會危害虛擬機自身安全。
主要包括四種驗證：

• 文件格式驗證：基于字節(jié)流驗證，驗證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范，并且能被當前虛擬機處理。
• 元數(shù)據(jù)驗證：基于方法區(qū)的存儲結(jié)構(gòu)驗證，對字節(jié)碼描述信息進行語義驗證。
• 字節(jié)碼驗證：基于方法區(qū)的存儲結(jié)構(gòu)驗證，進行數(shù)據(jù)流和控制流的驗證。
• 符號引用驗證：基于方法區(qū)的存儲結(jié)構(gòu)驗證，發(fā)生在解析中，是否可以將符號引用成功解析為直接引用。

準備
僅僅為類變量（即static修飾的字段變量）分配內(nèi)存并且設置該類變量的初始值即零值，這里不包含用final修飾的static，因為final在編譯的時候就會分配了（編譯器的優(yōu)化），同時這里也不會為實例變量分配初始化。類變量會分配在方法區(qū)中，而實例變量是會隨著對象一起分配到Java堆中。

解析
解析主要就是將常量池中的符號引用替換為直接引用的過程。符號引用就是一組符號來描述目標，可以是任何字面量，而直接引用就是直接指向目標的指針、相對偏移量或一個間接定位到目標的句柄。有類或接口的解析，字段解析，類方法解析，接口方法解析。

初始化
初始化階段依舊是初始化類變量和其他資源，這里將執(zhí)行用戶的static字段和靜態(tài)語句塊的賦值操作。這個過程就是執(zhí)行類構(gòu)造器< clinit >方法的過程。
< clinit >方法是由編譯器收集類中所有類變量的賦值動作和靜態(tài)語句塊的語句生成的，類構(gòu)造器< clinit >方法與實例構(gòu)造器< init >方法不同，這里面不用顯示的調(diào)用父類的< clinit >方法，父類的< clinit >方法會自動先執(zhí)行于子類的< clinit >方法。即父類定義的靜態(tài)語句塊和靜態(tài)字段都要優(yōu)先子類的變量賦值操作。

類加載器

類加載器的分類

• 啟動類加載器(Bootstrap ClassLoader)：主要負責加載<JAVA_HOME>\lib目錄中的'.'或是-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中的，并且可以被虛擬機識別（僅僅按照文件名識別的）的類庫到虛擬機內(nèi)存中。它加載的是System.getProperty("sun.boot.class.path")所指定的路徑或jar。
• 擴展類加載器(Extension ClassLoader)：主要負責加載<JAVA_HOME>\lib\ext目錄中的，或者被java.ext.dirs系統(tǒng)變量所指定的路徑中的所有類庫。它加載的是
  System.getProperty("java.ext.dirs")所指定的路徑或jar。
• 應用程序類加載器(Application ClassLoader)：也叫系統(tǒng)類加載器，主要負責加載ClassPath路徑上的類庫，如果應用程序沒有自定義自己類加載器，則這個就是默認的類加載器。它加載的是System.getProperty("java.class.path")所指定的路徑或jar。

類加載器的特點

• 運行一個程序時，總是由Application Loader（系統(tǒng)類加載器）開始加載指定的類。
• 在加載類時，每個類加載器會將加載任務上交給其父，如果其父找不到，再由自己去加載。
• Bootstrap Loader（啟動類加載器）是最頂級的類加載器了，其父加載器為null。

類加載器的雙親委派模型

類加載器雙親委派模型的工作過程是：如果一個類加載器收到一個類加載的請求，它首先將這個請求委派給父類加載器去完成，每一個層次類加載器都是如此，則所有的類加載請求都會傳送到頂層的啟動類加載器，只有父加載器無法完成這個加載請求(即它的搜索范圍中沒有找到所要的類)，子類才嘗試加載。

使用雙親委派模型主要是兩個原因：

• 可以避免重復加載，當父類已經(jīng)加載了，則就子類不需再次加載；
• 安全因素，如果不用這種，則用戶可以隨意的自定義加載器來替代Java核心API，則就會帶來安全隱患。

下面是一個類加載器雙親委派模型，這里各個類加載器并不是繼承關系，它們利用組合實現(xiàn)的父類與子類關系。

雙親委托模型

類加載的幾種方式

• 命令行啟動應用時候由JVM初始化加載，加載含有main的主類。
• 通過Class.forName("Hello")方法動態(tài)加載類，默認會執(zhí)行初始化塊，這是因為Class.forName("Hello")其實就是Class.forName("Hello"，true,CALLCLASS.getClassLoader())，第二個參數(shù)就是類加載過程中的連接操作。如果指定了ClassLoader，則不會執(zhí)行初始化塊。
• 通過ClassLoader.loadClass("Hello")方法動態(tài)加載類，不會執(zhí)行初始化塊，因為loadClass方法有兩個參數(shù)，用戶只是用第一個參數(shù)，第二個參數(shù)默認為false，即不對該類進行解析則就不會初始化。

類加載實例

當在命令行下執(zhí)行：java HelloWorld(HelloWorld是含有main方法的類的Class文件)，JVM會將HelloWorld.class加載到內(nèi)存中，并在堆中形成一個Class的對象HelloWorld.class。

基本的加載流程如下：

• 尋找jre目錄，尋找jvm.dll，并初始化JVM；
• 產(chǎn)生一個Bootstrap Loader（啟動類加載器）；
• Bootstrap Loader，該加載器會加載它指定路徑下的Java核心API，并且再自動加載Extended Loader（標準擴展類加載器），Extended Loader會加載指定路徑下的擴展JavaAPI，并將其父Loader設為BootstrapLoader。
• Bootstrap Loader也會同時自動加載AppClass Loader（系統(tǒng)類加載器），并將其父Loader設為ExtendedLoader。
• 最后由AppClass Loader加載CLASSPATH目錄下定義的類，HelloWorld類。

創(chuàng)建自己的類加載器

在Java應用開發(fā)過程中，可能會需要創(chuàng)建應用自己的類加載器。典型的場景包括實現(xiàn)特定的Java字節(jié)代碼查找方式、對字節(jié)代碼進行加密/解密以及實現(xiàn)同名Java類的隔離等。創(chuàng)建自己的類加載器并不是一件復雜的事情，只需要繼承自java.lang.ClassLoader類并覆寫對應的方法即可。 java.lang.ClassLoader中提供的方法有不少，下面介紹幾個創(chuàng)建類加載器時需要考慮的：

• defineClass()：這個方法用來完成從Java字節(jié)碼的字節(jié)數(shù)組到java.lang.Class的轉(zhuǎn)換。這個方法是不能被覆寫的，一般是用原生代碼來實現(xiàn)的。
• findLoadedClass()：這個方法用來根據(jù)名稱查找已經(jīng)加載過的Java類。一個類加載器不會重復加載同一名稱的類。
• findClass()：這個方法用來根據(jù)名稱查找并加載Java類。
• loadClass()：這個方法用來根據(jù)名稱加載Java類。
• resolveClass()：這個方法用來鏈接一個Java類。

這里比較 容易混淆的是findClass()方法和loadClass()方法的作用。前面提到過，在Java類的鏈接過程中，會需要對Java類進行解析，而解析可能會導致當前Java類所引用的其它Java類被加載。在這個時候，JVM就是通過調(diào)用當前類的定義類加載器的loadClass()方法來加載其它類的。findClass()方法則是應用創(chuàng)建的類加載器的擴展點。應用自己的類加載器應該覆寫findClass()方法來添加自定義的類加載邏輯。 loadClass()方法的默認實現(xiàn)會負責調(diào)用findClass()方法。
前面提到，類加載器的代理模式默認使用的是父類優(yōu)先的策略。這個策略的實現(xiàn)是封裝在loadClass()方法中的。如果希望修改此策略，就需要覆寫loadClass()方法。

下面的代碼給出了自定義的類加載的常見實現(xiàn)模式：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {   
   protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {       
      byte[] b = null; //查找或生成Java類的字節(jié)代碼       
      return defineClass(name, b, 0, b.length);   
   }
}

Java垃圾回收機制

Java堆內(nèi)存

分代收集

新生代（Young Generation）

• Eden空間（Eden space，任何實例都通過Eden空間進入運行時內(nèi)存區(qū)域）
• S0 Survivor空間（S0 Survivor space，存在時間長的實例將會從Eden空間移動到S0 Survivor空間）
• S1 Survivor空間 （存在時間更長的實例將會從S0 Survivor空間移動到S1 Survivor空間）

老年代（Old Generation）實例將從S1提升到Tenured（終身代）
永久代（Permanent Generation）包含類、方法等細節(jié)的元信息

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永久代空間在Java SE8特性中已經(jīng)被移除。

垃圾回收過程

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年輕代：使用標記復制清理算法，解決內(nèi)存碎片問題。因為在年輕代會有大量的內(nèi)存需要回收，GC比較頻繁。通過這種方式來處理內(nèi)存碎片化，然后在老年代中通過標記清理算法來回收內(nèi)存，因為在老年代需要被回收的內(nèi)存比較少，提高效率。
Eden 區(qū)：當一個實例被創(chuàng)建了，首先會被存儲在堆內(nèi)存年輕代的 Eden 區(qū)中。

Survivor 區(qū)（S0 和 S1）：作為年輕代 GC（Minor GC）周期的一部分，存活的對象（仍然被引用的）從 Eden區(qū)被移動到 Survivor 區(qū)的 S0 中。類似的，垃圾回收器會掃描 S0 然后將存活的實例移動到 S1 中?？倳幸粋€空的survivor區(qū)。

老年代： 老年代（Old or tenured generation）是堆內(nèi)存中的第二塊邏輯區(qū)。當垃圾回收器執(zhí)行 Minor GC 周期時（對象年齡計數(shù)器），在 S1 Survivor 區(qū)中的存活實例將會被晉升到老年代，而未被引用的對象被標記為回收。老年代是實例生命周期的最后階段。Major GC 掃描老年代的垃圾回收過程。如果實例不再被引用，那么它們會被標記為回收，否則它們會繼續(xù)留在老年代中。

內(nèi)存碎片：一旦實例從堆內(nèi)存中被刪除，其位置就會變空并且可用于未來實例的分配。這些空出的空間將會使整個內(nèi)存區(qū)域碎片化。為了實例的快速分配，需要進行碎片整理?；诶厥掌鞯牟煌x擇，回收的內(nèi)存區(qū)域要么被不停地被整理，要么在一個單獨的GC進程中完成。

根可達性算法

Java語言規(guī)范沒有明確地說明JVM使用哪種垃圾回收算法，但是任何一種垃圾收集算法一般要做2件基本的事情：

• 發(fā)現(xiàn)無用信息對象
• 回收被無用對象占用的內(nèi)存空間，使該空間可被程序再次使用。

GC Roots
根集就是正在執(zhí)行的Java程序可以訪問的引用變量的集合（包括局部變量、參數(shù)、類變量）

GC Roots的對象包括

• 虛擬機棧中所引用的對象（本地變量表）
• 方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象
• 方法區(qū)中常量引用的對象
• 本地方法棧中JNI引用的對象（Native對象）

**可達性算法分析 **

通過一系列稱為”GC Roots”的對象作為起點，從這些節(jié)點開始向下搜索，搜索所有走過的路徑稱為引用鏈，當一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時(從GC Roots到此對象不可達)，則證明此對象是不可用的，應該被回收。

根搜索算法：計算可達性，如圖：

根搜索算法

垃圾回收算法

引用計數(shù)法

引用計數(shù)法是唯一沒有使用根集（GC Roots）的垃圾回收的法，該算法使用引用計數(shù)器來區(qū)分存活對象和不再使用的對象。堆中的每個對象對應一個引用計數(shù)器。當每一次創(chuàng)建一個對象并賦給一個變量時，引用計數(shù)器置為1。當對象被賦給任意變量時，引用計數(shù)器每次加1，當對象出了作用域后(該對象丟棄不再使用)，引用計數(shù)器減1，一旦引用計數(shù)器為0，對象就滿足了垃圾收集的條件。
唯一沒有使用根可達性算法的垃圾回收算法。
缺陷：不能解決循環(huán)引用的回收。

tracing算法（tracing collector）

tracing算法是為了解決引用計數(shù)法的問題而提出，它使用了根集（GC Roots）概念。垃圾收集器從根集開始掃描，識別出哪些對象可達，哪些對象不可達，并用某種方式標記可達對象，例如對每個可達對象設置一個或多個位。在掃描識別過程中，基于tracing算法的垃圾收集也稱為標記和清除(mark-and-sweep)垃圾收集器。

compacting算法（Compacting Collector）

為了解決堆碎片問題，在清除的過程中，算法將所有的對象移到堆的一端，堆的另一端就變成了一個相鄰的空閑內(nèi)存區(qū)，收集器會對它移動的所有對象的所有引用進行更新，使得這些引用在新的位置能識別原來的對象。在基于Compacting算法的收集器的實現(xiàn)中，一般增加句柄和句柄表。

copying算法（Coping Collector）

該算法的提出是為了克服句柄的開銷和解決堆碎片的垃圾回收。它開始時把堆分成 一個對象面和多個空閑面，程序從對象面為對象分配空間，當對象滿了，基于coping算法的垃圾收集就從根集中掃描活動對象，并將每個活動對象復制到空閑面（使得活動對象所占的內(nèi)存之間沒有空閑洞），這樣空閑面變成了對象面，原來的對象面變成了空閑面，程序會在新的對象面中分配內(nèi)存。

generation算法（Generational Collector） ：現(xiàn)在的java內(nèi)存分區(qū)

stop-and-copy垃圾收集器的一個缺陷是收集器必須復制所有的活動對象，這增加了程序等待時間，這是coping算法低效的原因。在程序設計中有這樣的規(guī)律：多數(shù)對象存在的時間比較短，少數(shù)的存在時間比較長。因此，generation算法將堆分成兩個或多個，每個子堆作為對象的一代 （generation）。由于多數(shù)對象存在的時間比較短，隨著程序丟棄不使用的對象，垃圾收集器將從最年輕的子堆中收集這些對象。在分代式的垃圾收集器運行后，上次運行存活下來的對象移到下一最高代的子堆中，由于老一代的子堆不會經(jīng)常被回收，因而節(jié)省了時間。

adaptive算法（Adaptive Collector）

在特定的情況下，一些垃圾收集算法會優(yōu)于其它算法?；贏daptive算法的垃圾收集器就是監(jiān)控當前堆的使用情況，并將選擇適當算法的垃圾收集器。