一、類加載子系統

1.1類的加載程序

流程圖

1.加載階段

通過一個類的全限定名獲取定義此類的二進制位元組流

將這個位元組流所代表的靜態存盤結構轉化為方法區的運行時資料結構

在記憶體中生成一個代表這個類的java.lang.Class物件，作為方法區這個類的各種資料的訪問入口

2.鏈接階段

驗證 Verify

目的在于確保Class檔案的位元組流中包含資訊符合當前虛擬機要求，保證被加載類的正確性，不會危害虛擬機自身安全，

主要包括四種驗證，檔案格式驗證，元資料驗證，位元組碼驗證，符號參考驗證，

如果出現不合法的位元組碼檔案，那么將會驗證不通過

準備 Prepare

為類變數分配記憶體并且設定該類變數的默認初始值，即零值，（final修飾的類變數在此階段會顯示初始化）

決議 Resolve

將常量池內的符號參考轉換為直接參考的程序，

事實上，決議操作往往會伴隨著JVM在執行完初始化之后再執行，

3.初始化階段

初始化階段就是執行類構造器法()的程序，

此方法不需定義，是javac編譯器自動收集類中的所有類變數的賦值動作和靜態代碼塊中的陳述句合并而來，
也就是說，當我們代碼中包含static變數的時候，就會有clinit方法
構造器方法中指令按陳述句在源檔案中出現的順序執行，
若該類具有父類，JVM會保證子類的()執行前，父類的()已經執行完畢，
任何一個類在宣告后，都有生成一個構造器，默認是空參構造器

1.2類加載器的分類

JVM支持兩種型別的類加載器

引導類加載器（Bootstrap ClassLoader）c/c++撰寫的 :所有派生于抽象類ClassLoader的類加載器
自定義類加載器（User-Defined ClassLoader），

這里的四者之間是包含關系，不是上層和下層，也不是子系統的繼承關系，

Java的核心類別庫都是使用引導類加載器進行加載的，

1.啟動類加載器

由c/c++撰寫

加載java核心庫，用于提供jvm自身需要的類

2.擴展類加載器

java語言撰寫

派生于ClassLoader類（抽象類）

加載jre/lib/ext子目錄下的類別庫，如果用戶創建的jar也在此目錄，則會自動由擴展類加載器加載

3.系統類加載器

java語言撰寫

派生于ClassLoader類（抽象類）

負責加載環境變數classpath或系統屬性

該類是程式默認的類加載器，java應用的類都是由她來完成加載

4.用戶自定義類加載器

1.目的：

? 隔離加載類
? 修改類加載方式
? 擴展加載源
? 防止原始碼泄露

2.方式：

? 一、繼承ClassLoader類

? jdk1.2之后不去覆寫loadClass()方法，而是建議把自定義類的加載邏輯寫在findClass()方法中

? 二、繼承URLClassLoader類，避免撰寫findClass()方法

1.3雙親委派機制

1.原理：

如果類加載器收到了類加載請求，自己不會先去加載，而是把這個請求委托給父類的加載器去執行
如果父類還存在父類加載器，則繼續委托，直到啟動類加載器，
如果父類可以完成加載，則加載；如不可以完成加載，子加載器則嘗試自己加載，

1.3.1沙箱安全機制

沙箱機制就是將 Java 代碼限定在虛擬機(JVM)特定的運行范圍中，并且嚴格限制代碼對本地系統資源訪問，通過這樣的措施來保證對代碼的有效隔離，防止對本地系統造成破壞，

二、運行時資料區

記憶體是非常重要的系統資源，是硬碟和CPU的中間倉庫和橋梁

堆空間和方法區（紅色）是行程的，在執行緒間共享，

灰色的是執行緒私有的

執行緒

執行緒使程式里的運行單元，

在Hotspot JVM中，每個執行緒都與作業系統的本地執行緒直接映射，

? 當一個java執行緒準備好執行以后，此時一個作業系統的本地執行緒也同時創建，

? java執行緒執行終止后，本地執行緒也會回收，

? 當本地執行緒初始化成功后，它就會呼叫java執行緒中的run（）方法，

2.1程式計數器（PC暫存器）

1.特點

訪問速度最快
用于存儲制指定下一條指令的地址，有執行引擎讀取下一條指令
是執行緒私有的

2.作用：

? 因為CPU不停地切換在各個執行緒間，這時候切換回來后，需要知道接著從哪開始繼續執行，

2.2虛擬機堆疊

每個執行緒創建時都會創建一個虛擬機堆疊，內部保存一個個的堆疊幀，一個堆疊幀對應一個java方法呼叫，

可以使用引數-Xss 選項來設定現成的最大堆疊空間

1.作用：

保存方法的區域變數，部分結果，并參與方法的呼叫和回傳，

2.特點：

速度僅次于程式計數器
每個方法執行，伴隨著進堆疊（入堆疊、壓堆疊）
存在OOM，不存在垃圾回收（GC）

2.3.1堆疊的存盤單元（堆疊幀）

1.特點：

一個執行緒中，一個時間點上，只會有一個活動的堆疊幀（堆疊頂堆疊幀），稱為當前堆疊幀，對應的是當前方法，對應當前類

如果在該方法中呼叫了其他方法，對應的新的堆疊幀會被創建出來，放在堆疊的頂端，成為新的當前堆疊

2.java兩種回傳函式的方式：（都會導致堆疊幀被彈出）

正常函式回傳，使用return指令
拋出未捕獲的例外

3.內部結構：

區域變數表
運算元堆疊
動態鏈接
方法回傳地址
一些附加資訊

3.1區域變數表

定義：

一個數字陣列，存儲方法引數和定義在方法體內的區域變數（包括各類基本資料型別，物件參考以及returenAdress型別）

特點：

是執行緒私有，不存在資料安全問題
容量大小是在編譯期確定的

slot(槽)：

區域變數表的基本單位
32位占一個槽(int,參考資料型別等)，64占兩個（double,long）
如果當前幀是由構造方法或非靜態方法創建的，那么該物件參考this,會放在index為0的slot處，其余引數按順序排列，
slot會被重復利用

3.2運算元堆疊

特點：

主要用于保存計算程序的中間結果，同時作為計算程序中變數臨時的儲存空間
是JVM執行引擎的一個作業區，當方法開始執行時，堆疊幀被創建，隨之運算元堆疊也被創建（為空）
容量大小是在編譯器確定的
如果方法帶有回傳值，那么回傳值也會被壓入當前堆疊幀的運算元堆疊
另外，我們說java虛擬機的解釋引擎是基于堆疊的執行引擎，其中的堆疊值得就是運算元堆疊

3.3動態鏈接

定義：

? 指向運行時常量池的方法參考（在使用方法區內指令時的參考）

作用：

? 為了將符號參考轉換為呼叫方法的直接參考

方法的呼叫（分派）

系結：

? 是一個欄位、方法或者類在符號參考被替換為直接參考的程序，僅發生一次，

? 分為早期系結和晚期系結

靜態鏈接：

? 如果被呼叫的目標方法在編譯期可知，且運行期保持不變，這種情況下將呼叫方法的符號參考轉為直接參考的程序稱為靜態鏈接，---->對應早期系結------->早期系結------->非虛方法

動態鏈接：

? 被呼叫的方法，在編譯期無法被確定-------->晚期系結------->虛方法

虛方法與非虛方法：

invokestatic:呼叫靜態方法（呼叫的為非虛方法）
invokespecial:呼叫構造方法，私有及父類的方法（呼叫為非虛方法）
invokevirtual:呼叫所有虛方法（特殊！！除去 final修飾的非虛方法，也被此位元組碼指令修飾）
invokeinterface:呼叫所有介面方法
invokedynamic:為了實作動態型別語而做的一種改進（lambda運算式）

本質：

找到運算元堆疊頂第一個元素所執行的物件的實際型別，記做C
如果在C中找到與常量中描述符合、簡單名稱都符合的方法，則進行權限校驗：
1. 通過則回傳這個方法的直接參考
2. 不通過則回傳 IllegalAccessError例外
在C中沒找到方法則在C的各個父類中找，找到后也校驗權限
始終沒有找到合適的方法，說明是介面沒有重寫，則拋出AbstractMethodError例外

為了減少尋找，設計了虛方法表記錄呼叫該方法的類

3.4方法回傳地址

存放呼叫該方法的pc暫存器的值（表示該方法結束，將進入呼叫者的下一條指令了）----->正常完成出口

而方法例外退出，回傳地址要通過例外表來確定，堆疊幀中不會保留這部分資訊，-------->例外完成出口

3.5一些附加資訊

堆疊幀中允許攜帶與java虛擬機實作相關的一些附加資訊，例如：對程式除錯支持的資訊，

區域變數在內部產生，并在內部消亡，則不存在執行緒安全問題，

本地方法介面的理解

使用native關鍵字修飾的方法就是本地方法，
在定義此類方法時，并不提供實作體，因為其實作體是由非java語言在外面實作的

例如：

Object的getClass;

執行緒里設定執行緒優先級的方法（因為java執行緒對應作業系統本地執行緒，需要和底層硬體有聯系，所以使用非java撰寫的）

2.3本地方法堆疊

存盤本地方法的堆疊，和虛擬機堆疊相似

當執行緒呼叫一個本地方法時，他就進入了一個全新的并且不再受虛擬機限制的世界，和虛擬機擁有同樣的權限

? 可以通過本地方法介面來訪問虛擬機內部的運行時資料區

? 可以直接使用本地處理器的暫存器

并不是所有的JVM都支持本地方法，

在Hotspot JVm中，直接將本地方法堆疊和虛擬機堆疊合二為一，

三、堆

3.1堆的核心概述

一個JVM實體只存在一個堆空間
堆區在JVM啟動時，就被創建，其空間大小也確定了，是JVM管理的最大一塊記憶體空間（可以調節-Xms:起始空間；-Xmx:最大記憶體）
- 默認情況：堆初始記憶體大小：電腦物理記憶體大小/64
? 最大記憶體大小：電腦物理記憶體大小/ 4

? 建議初始和最大一樣
堆可以在物理記憶體空間不連續，但在邏輯上被認為是連續的，
所有執行緒共享Java堆，在連可以劃分執行緒私有的緩沖區（TLAB）
TLAB的全稱是Thread Local Allocation Buffer，即執行緒本地分配快取區，這是一個執行緒專用的記憶體分配區域，

3.2堆空間大小

可以調節-Xms:起始空間；-Xmx:最大記憶體

查看設定的引數：

? 方式一：jps / jstat -gc 行程id

? 方式二：-XX:+PrintGCDetails

3.3年輕代與老年代

年輕代可以分為Eden空間，Survivor0空間和Survivor1空間（from區、to區）
幾乎所有的Java物件都在Eden區中被new出來的
絕大部分的java物件的銷毀都在新生代
- IBM公司專門研究表明，新生代中80%的物件都是朝生夕死

設定大小

配置新生代與老年代在堆內結構的占比：-XX:NewRatio=? 表示老年代占比?，新生代占比1（默認為2，老年代占2/3）
配置新生代中Eden區和Survivor區的比例：-XX:SurivorRatio(默認為8，即8：1：1)
-Xmn:設定新生代空間大小（一般不設定）

3.4物件分配程序

1.程序：

new的物件先放在伊甸園區，此區有大小限制
當伊甸園區滿時，程式又需要創建物件，此時JVM的垃圾回收器（YGC/Minor GC）對伊甸園區進行垃圾回收，將伊甸園區中不被物件所參考的物件進行銷毀，再加載新的物件放到此區中，
然后將伊甸園中剩余的物件（存活的）移動到幸存者0區，
當再次垃圾回收時，還是先銷毀物件并將存活物件移動到幸存者1區，然后將處在幸存者0區的也移動到幸存者1區（這些對象的年齡++），
接下來重復，每次放入幸存者區時，放入空的那個（to區）
當再次垃圾回收時，且當幸存者區中的物件的年齡有到達15的（可以更改-XX:MaxTenuringThreshold=），則將此物件移動到老年區，
老年區相對悠閑，當老年區記憶體不足時，觸發Major GC,進行老年區的清理，
若老年區執行了Major GC之后發現依然無法進行物件的保存，就會產生OOM例外，

2.注意：

? 當幸存者區滿時，不會進行垃圾回收，幸存者區的垃圾回收只是和伊甸園區同時進行，

3.總結：

? 針對幸存者0，1區：復制之后有交換，誰空誰是to區

? 關于垃圾回收：頻繁在新生區收集，很少在養老區收集，幾乎不在永久區/元空間收集，

3.5GC分類

Minor GC,Major GC, Full GC

針對HotSpot VM的實作，它里面的GC按斬訓收區又分為兩大種型別：

一、部分收集

新生代收集：（Minor GC/ Yong GC）知識新生代的垃圾收集
老年代收集：（Major GC/ Old GC）知識老年代的垃圾收集

注意：目前只有CMS GC會有單獨收集老年代的行為

很多時候Major GC和Full GC混淆使用，需要具體分辨
1. 混合收集：（Mixed GC）收集整個新生代和部分老年代
只有G1 GC會有這種行為

二、整堆收集

? 1. Full GC :收集整個java堆和方法區的垃圾

3.6為什么進行java堆分代？

分代的目的就是優化GC性能

如果沒有分代，GC就會搜集所有物件，很慢，導致STW的時間很長，
Java中Stop-The-World機制簡稱STW，是在執行垃圾收集演算法時，Java應用程式的其他所有執行緒都被掛起（除了垃圾收集幫助器之外），

分代過后，就可以專門清理“朝生夕死”的新生代區，較少次數的清理擁有存活時間較長物件的老年代區域，從而提高GC性能，

3.7記憶體分配策略/物件晉升規則

優先分配到Eden區
大物件直接分配到老年區（盡量避免程式中出現過多的大物件）
長期存活的物件分配到老年代
動態物件年齡判斷：

? 如果幸存者區中相同年齡的所有物件大小的總和>幸存者區空間的一半，那么大于等于該年齡的物件可以直接進老年代，防止大規模的物件進行來回幸存者區間的移動，
空間分配擔保：當伊甸園區GC后仍然放不下物件時，老年代進行空閑分配擔保，查看剩余空間，然后將物件放入老年代

3.7 堆空間中常用的jvm引數

-XX:+PrintFlagsInitial:查看所有引數的默認初始值

-XX:+PrintFlagsFianl:查看所有引數的最終值

? 在dos命令列中：查看具體某個引數的指令： jps: 查看當前運行的行程號

? jinfo -flag SurivorRatio 行程id（表示查看這個行程的SurivorRatio引數的值）

-Xms:初始堆空間記憶體（默認為物理記憶體的1/64）

-Xmm:最大堆空間的記憶體（默認為物理記憶體的1/4）

-XX:NewRatio：配置新生代與老年代在堆記憶體中的占比（默認1:2）

-XX:SurvivorRatio：配置新生代中Eden和S0/S1的占比（默認8：1：1）

-XX:MaxTenuringThreshold：設定新生代物件的最大年齡

-XX:+PrintGCDetails：輸出詳細的GC處理日志

-XX:HandlePromotionFailure：是否設定空間分配擔保
只要老年代的連續空間大于新生代物件總大小或者歷次晉升的平均大小就會進行MinorGC,否則將進行Full GC;

3.8 逃逸分析

1.簡介：

在編譯程式優化理論中，逃逸分析是一種確定指標動態范圍的方法：分析在程式的哪些地方可以訪問到指標，它涉及到指標分析和形狀分析，
當一個變數(或物件)在子程式中被分配時，一個指向變數的指標可能逃逸到其它執行執行緒中，或是回傳到呼叫者子程式，

JVM判斷新創建的物件是否逃逸的依據有：

一、物件被賦值給堆中物件的欄位和類的靜態變數，

二、物件被傳進了不確定的代碼中去運行，如果滿足了以上情況的任意一種，那這個物件JVM就會判定為逃逸，

2.編譯器優化

堆空間并不是物件分配的唯一選擇！！！

當判斷出物件不發生逃逸時，編譯器可以使用逃逸分析的結果作一些代碼優化：

堆疊上分配，將堆分配轉化為堆疊分配，如果判斷出物件不會逃逸，則該物件就可以在分配在堆疊上，而不是在堆上，
同步消除，如果發現某個物件只能從一個執行緒可訪問，那么在這個物件上的操作可以不需要同步，
分離物件或標量替換，如果某個物件的訪問方式不要求該物件是一個連續的記憶體結構，那么物件的部分（或全部）可以不存盤在記憶體，而是存盤在CPU暫存器中，

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