JVM架构、JVM垃圾回收机制、垃圾回收算法、垃圾回收器、JMM（内存模型）

0 JVM和Java的关系

• JDK = JRE + Java开发工具（java，javac，javadoc，javap…）
• JRE = JVM + Java核心类库
  即： JDK = JVM + Java核心类库 + Java开发工具

1 JVM架构(JVM内存区域)

1-1 JVM位置在哪里？

• 硬件——>OS——>JVM
• 即：JVM在操作系统之上。

1-2 JVM架构

• 分三大块：
  • Class Loader Subsystem 类加载子系统
  • Runtime Data Area 运行时数据区
  • Execution Engine 执行引擎
• 画图：

1-3 类加载器

• 位置：在类加载子系统。
• 类加载过程：加载——>链接（验证、准备、解析）——>初始化
• 双亲委派机制：保证类加载和程序的安全。
  • 1）类加载器收到类的请求
  • 2）将这个请求向上委托给父类，一直向上委托（此时在最老）。（加载器：APP->EXC->BOOT）
  • 3）启动加载器检查是否能加载当前类，能就结束，并使用当前加载器；不能就抛异常通知子加载器进行加载
  • 4）重复3
  • 总结：在继承关系中，最老的类优先选择。

1-4 沙箱安全机制

• 作用：Java安全的核心，限制程序运行环境。

1-5 栈stack

• 特点：先进后出，后进先出。
• 作用：主管程序的运行，生命周期和线程同步。线程结束栈内存就释放，不存在垃圾回收问题。
• 栈存什么？
  • 八大基本数据类型
  • 对象的引用
  • 实例的方法

1-6 方法区

• 特点：被所有线程共享。
• 方法区存什么？
  • 所有字段和方法字节码。
  • 静态变量，常量，类信息，即时编译器编译后放入的代码。

1-7 PC寄存器

• 每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的，就会一个指针（我们接触不到），指向方法区中的方法字节码，在执行引擎读取下，加一。
• 它占用的内容空间几乎忽略不计。

1-8 堆heap（需要垃圾回收）

• 分区：
  • 1.8之前：新生区（伊甸园区，幸存区），老年区
  • 1.8之后：
• 堆中存什么？
  • 对象实例和数组。

2 JVM垃圾回收机制——针对 堆

2-1 如何判断对象是不是垃圾？

2-1-1 引用计数法

• 用计数器记录对象的引用次数，为0的就是垃圾。
• 缺点：难以解决对象之间相互循环引用问题，所以不用。
• PS：现在基本不用了。

2-2-2 可达性算法

• 将GC Roots对象作为起点，从这些节点向下搜索引用的对象，找到对象都标记为非垃圾对象，其余是垃圾对象。
• GC Roots根节点：线程栈的本地变量，静态变量本地方法栈的变量等等。
• 优点：解决了引用计数法的对象之间相互循环引用问题。
  

3 垃圾回收算法

3-1 复制算法

• gc时把依然存活的对象复制到两个幸存区之一的to幸存区域（谁空谁是to）。当达到15次（默认）时，认为这个对象有很强的生命力，放到
• 缺点：浪费一个幸存区空间。
• 优点：不产生碎片。

3-2 标记清除算法

• 直接回收垃圾对象，保留存活对象。
• 位置不连续，产生碎片。

3-3 标记整理算法/标记压缩算法

• 回收之后，整理空间。
• 优点：不产生碎片。
• 缺点：效率变低。

4 垃圾回收器（10种…）

5 JMM（Java内存模型）

• JMM定义了线程工作内存与主内存（线程之间的共享变量）的抽象关系。并不真实存在，它描述的是一组规则或规范，通过这组规范定义了程序中各个变量（包括实例字段，静态字段和构成数组对象的元素）的访问方式。
• JVM运行程序的实体是线程，而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存(有些地方称为栈空间)，用于存储线程私有的数据。Java内存模型中规定所有变量都存储在主内存，主内存是共享内存区域，所有线程都可以访问。
• 首先要将变量从主内存拷贝的自己的工作内存空间，然后对变量进行操作，操作完成后再将变量写回主内存，不能直接操作主内存中的变量，工作内存中存储着主内存中的变量副本拷贝，前面说过，工作内存是每个线程的私有数据区域，因此不同的线程间无法访问对方的工作内存，线程间的通信(传值)必须通过主内存来完成。

• JMM 与 Java内存区域 唯一相似点，都存在共享数据区域和私有数据区域：
  • 在JMM中主内存属于共享数据区域，从某个程度上讲应该包括了堆和方法区；而工作内存数据线程私有数据区域，从某个程度上讲则应该包括程序计数器、虚拟机栈以及本地方法栈。
    • 此处为什么包括本地方法栈？本地方法栈中的本地方法是怎么被线程调用的？：Java虚拟机栈用于管理Java方法的调用，而本地方法栈用于管理本地方法的调用。本地方法栈，也是线程私有的。如果线程请求分配的栈容量超过本地方法栈允许的最大容量，Java虚拟机将会抛出一个 StackOverflowError 异常。如果本地方法栈可以动态扩展，并且在尝试扩展的时候无法申请到足够的内存，或者在创建新的线程时没有足够的内存去创建对应的本地方法栈，那么Java虚拟机将会抛出一个 OutOfMemoryError 异常。本地方法栈是线程私有就是因为 只有线程调用时，线程的本地方法栈才会登记本地方法。
    • 它的具体做法是Native Method Stack中登记native方法，在Execution Engine 执行时加载本地方法库。
    • 当某个线程调用一个本地方法时，它就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界。它和虚拟机拥有同样的权限。
      • 本地方法可以通过本地方法接口来访问虚拟机内部的运行时数据区。
      • 它甚至可以直接使用本地处理器中的寄存器。
      • 直接从本地内存的堆中分配任意数量的内存。
  • 或许在某些地方，我们可能会看见主内存被描述为堆内存，工作内存被称为线程栈，实际上他们表达的都是同一个含义。
    个人理解：JMM只是用线程角度思考JVM；JVM架构（JVM内存区域）就是从物理角度。
• 关于JMM中的主内存和工作内存说明如下：
  • 主内存 存什么？：主要存储的是Java所有线程创建的实例对象（不管这个实例对象是成员变量还是方法中的本地变量（也叫局部变量）），当然也包括了类信息、常量、静态变量。
  • 工作内存 存什么？：主要存储当前方法的所有本地变量信息（针对本线程说）（主内存中变量的拷贝副本），每个线程这能访问自己的工作内存（即线程中的本地变量对其他线程是不可见的，就算是两个线程执行同一段代码，他们也会各自在自己的工作内存中胡藏剑属于当前线程的本地变量，当然也包括了字节码行号指示器，相关Native方法的信息），由于工作内存是每个线程的私有数据，线程间无法相互访问工作内存，因此存储在工作内存的数据不存在线程安全问题。
• 作用：缓存一致性协议，用于定义数据读写的规则。
• 主内存与工作内存的数据存储类型以及操作方式：
  • 对于一个实例对象中的成员方法而言，
    • 如果方法中包含本地变量（局部变量）是基本数据类型（boolean,byte,short,char,int,long,float,double）