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內(nèi)存區(qū)域劃分

類加載

何時(shí)觸發(fā)類加載？

雙親委派模型

GC

GC回收那部分內(nèi)存？

怎么回收？

怎么找垃圾(判定某個(gè)對(duì)象是否是垃圾)

具體怎么回收？

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皮卡丘每天學(xué)Java

內(nèi)存區(qū)域劃分

JVM內(nèi)存區(qū)域大致分為四塊：堆、棧(虛擬機(jī)棧，本地方法棧)、程序計(jì)數(shù)器、方法區(qū)。

public class Test {
? ? ?// 成員變量
? ? ?public int c = 11;
? ? ?public Test d = new Test();
? ? ?// 靜態(tài)變量
? ? ?public static int e = 12;
? ? ?public static Test f = new Test();
??
? ? ?public static void main(String[] args) {
? ? ? ? ?// 局部變量
? ? ? ? ?int a = 10;
? ? ? ? ?Test b = new Test();
? ?  }
?}

a，b為局部變量，在棧中存儲(chǔ)；c，d為成員變量，在堆中存儲(chǔ)；e，f為靜態(tài)變量，在方法區(qū)中存儲(chǔ)。

變量位置	JVM位置
局部變量	棧上
成員變量	堆上
靜態(tài)變量	方法區(qū)上

類加載

類加載大致分為五個(gè)過(guò)程：加載、連接、初始化，其中連接又分為：驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析三個(gè)過(guò)程。

以字符串為例

1.加載：找到.class文件，讀取文件內(nèi)容，并且按照.class規(guī)范的格式來(lái)解析

2.驗(yàn)證：檢查當(dāng)前的.class里的內(nèi)容格式是否符合要求

下圖為.class文件的定義，類似C語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)體，左側(cè)是類型，右側(cè)是變量名。

u2代表兩個(gè)字節(jié)的無(wú)符號(hào)整數(shù)，u4代表四個(gè)字節(jié)的無(wú)符號(hào)整數(shù)，cp_info，field_info，method_info，attribute_info為類似.class文件類型的其他類型。

屬性	含義
magic	魔數(shù)
minor_version	最小版本號(hào)
major_version	大版本號(hào)
constant_pool_count	常量池個(gè)數(shù)
constant_pool[constant_pool_count-1]	常量池
access_flags	類的訪問(wèn)權(quán)限和屬性
this_class	表示此文件定義的類
super_class	表示其父類
interfaces_count	當(dāng)前類實(shí)現(xiàn)的接口數(shù)量
interfaces[interfaces_count]	當(dāng)前類具體實(shí)現(xiàn)哪些接口
fields_count	當(dāng)前類擁有的屬性個(gè)數(shù)
fields[fields_count]	當(dāng)前類具體擁有的屬性
methods_count	當(dāng)前類擁有的方法個(gè)數(shù)
methods[methods_count]	當(dāng)前類具體擁有的方法
attributes_count	當(dāng)前類的其他屬性個(gè)數(shù)
attributes[attributes_count]	當(dāng)前類的其他其他屬性

這里著重說(shuō)一下魔數(shù)

在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，魔數(shù)有兩個(gè)含義，一指用來(lái)判斷文件類型的魔數(shù)；二指程序代碼中的魔數(shù)，也稱魔法值。

這里主要說(shuō)第一種含義，不僅Java的.class文件有魔數(shù)，其他文件也有魔數(shù)，一個(gè)文件的類型不是取決于文件后綴名，本質(zhì)上卻決于該文件的魔數(shù)值。

3.準(zhǔn)備：給類里的靜態(tài)變量分配空間(并設(shè)置默認(rèn)值)

4.解析，初始化字符串常量，把符號(hào)引用替換成直接引用。

5.初始化，針對(duì)類進(jìn)行初始化，初始化靜態(tài)成員，執(zhí)行靜態(tài)代碼塊，并且加載父類...

何時(shí)觸發(fā)類加載？

第一次使用到一個(gè)類的時(shí)候就會(huì)觸發(fā)加載(類似懶漢模式)。

1.創(chuàng)建這個(gè)類的實(shí)例

2.使用了類的靜態(tài)方法/靜態(tài)屬性

3.使用類的子類(加載子類會(huì)觸發(fā)加載父類)

注意第二條

訪問(wèn)類中的static final 成員時(shí),JVM會(huì)在編譯階段對(duì)類執(zhí)行編譯優(yōu)化,當(dāng)類中有static final修飾的基本數(shù)據(jù)類型和字符串類型時(shí),就會(huì)在編譯階段執(zhí)行初始化.

雙親委派模型

JVM加載類，是由類加載器(class loader)這樣的模塊來(lái)負(fù)責(zé)的

JVM自帶了多個(gè)類加載器(程序員也可以自己實(shí)現(xiàn))

主要分為三類加載器

1.Bootstrap ClassLoader(負(fù)責(zé)加載標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的類)

2.Extension ClassLoader(負(fù)責(zé)加載JVM擴(kuò)展的庫(kù)的類，Java規(guī)范里沒(méi)有寫(xiě)的，但是JVM實(shí)現(xiàn)出來(lái)了)

3.Application ClassLoader(負(fù)責(zé)加載自己的項(xiàng)目里的自定義類)

這三類加載器各自負(fù)責(zé)各自的片區(qū)(負(fù)責(zé)各自的一組目錄)

1.上述三個(gè)類加載器存在父子關(guān)系

2.進(jìn)行類加載的時(shí)候，輸入的內(nèi)容 全限定類名 java.util.Arrays

3.加載的時(shí)候，從Application ClassLoader開(kāi)始

4.某個(gè)類加載器開(kāi)始加載的時(shí)候，不會(huì)立即掃描自己負(fù)責(zé)的路徑，而是先把任務(wù)委托給 父 “類加載器” 先來(lái)進(jìn)行處理

5.找到最上面的Bootstrap ClassLoader 在往上，沒(méi)有父 類加載器了，自己加載

6.如果自己沒(méi)找到類，就交給自己的兒子，繼續(xù)加載。

7.如果一直找到最下面Application ClassLoader也沒(méi)有找到類，就會(huì)拋出一個(gè)"類沒(méi)找到"異常，類加載就失敗了，類似下圖

按照這個(gè)順序加載，大的好處在于：如果開(kāi)發(fā)者寫(xiě)了一個(gè)類，這這個(gè)類的全限定類名和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)里的類沖突了，(比如自己寫(xiě)一個(gè)全限定類名為java.util.Arrays的類)，此時(shí)仍然保證類加載可以加載到標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的類，防止代碼加載錯(cuò)了帶來(lái)問(wèn)題。

演示一下

idea非常智能，沒(méi)有找到我自己寫(xiě)的Arrays，演示失敗

我嘗試先讓類導(dǎo)入再改包名

idea還是檢測(cè)出來(lái)了

GC

垃圾回收(Garbage Collection)

寫(xiě)C語(yǔ)言代碼的時(shí)候，使用malloc申請(qǐng)內(nèi)存(動(dòng)態(tài)內(nèi)存申請(qǐng))，務(wù)必需要通過(guò)free來(lái)進(jìn)行釋放，如果不手動(dòng)free，這個(gè)內(nèi)存會(huì)一直持續(xù)到程序結(jié)束。造成空間上的浪費(fèi)，而這些只用幾次就不使用，直到程序結(jié)束還釋放的空間就稱為垃圾。

手動(dòng)釋放，大的問(wèn)題在于容易忘記，造成內(nèi)存泄漏。內(nèi)存泄漏短時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，就像一顆定時(shí)炸彈，不確定那個(gè)時(shí)候會(huì)造成程序崩潰。

于是程序員大佬就想出各種方案，其中GC(垃圾回收)就是一種主流的方案。許多語(yǔ)言使用了GC如，Java、Python、JavaScript、Golang、PHP等等。

Java程序員只需要負(fù)責(zé)申請(qǐng)內(nèi)存，釋放內(nèi)存的工作交給JVM來(lái)完成，JVM會(huì)自動(dòng)判定當(dāng)前的內(nèi)存什么時(shí)候需要釋放，認(rèn)為這個(gè)內(nèi)存不再使用了，就自動(dòng)釋放了。

GC回收那部分內(nèi)存？

堆(GC主要就是針對(duì)堆來(lái)回收)、方法區(qū)(類對(duì)象，加載之后也不太會(huì)卸載)、棧(釋放時(shí)機(jī)確定，不必回收)、程序計(jì)數(shù)器(固定內(nèi)存空間，不必回收)。

GC中回收內(nèi)存，不是以"字節(jié)"為單位，而是以“對(duì)象”為單位

怎么回收？

1.先找出垃圾(找出是誰(shuí)垃圾，沒(méi)錯(cuò)，是我了)

2.再回收垃圾(釋放內(nèi)存)

怎么找垃圾(判定某個(gè)對(duì)象是否是垃圾)

如果一個(gè)對(duì)象再也不用了，就說(shuō)明就是垃圾了。再Java中，對(duì)象的使用需要憑借引用，假設(shè)有一個(gè)對(duì)象已經(jīng)沒(méi)有任何引用能夠指向它了，這個(gè)對(duì)象自然就無(wú)法再被使用了，

最關(guān)鍵的要點(diǎn)，通過(guò)引用來(lái)判定當(dāng)前對(duì)象是否還能被使用了，沒(méi)有引用指向就是為是無(wú)法被使用。

兩種典型的判斷對(duì)象是否存在引用的方法：引用計(jì)數(shù)[不是JVM采取的方法]，可達(dá)性分析[是JVM采取的辦法]

引用計(jì)數(shù)

給每個(gè)對(duì)象都加上一個(gè)計(jì)數(shù)器，這個(gè)計(jì)數(shù)器就表示“當(dāng)前的對(duì)象有幾個(gè)引用”

每次多一個(gè)引用指向該對(duì)象，計(jì)數(shù)器就+1

每次少一個(gè)引用指向該對(duì)象，計(jì)數(shù)器就-1

(比如引用是一個(gè)局部變量，除了作用域?；蛘咭檬莻€(gè)成員變量，所在的對(duì)象被銷毀了)

當(dāng)引用計(jì)數(shù)器數(shù)值為0的時(shí)候，就說(shuō)明當(dāng)前這個(gè)對(duì)象已經(jīng)無(wú)人能夠使用了，此時(shí)就可以進(jìn)行釋放了

引用計(jì)數(shù)的優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行效率也比較高

缺點(diǎn)

1.空間利用率比較低，尤其是小對(duì)象 比如計(jì)數(shù)器是個(gè)int，如果你的對(duì)象本身里面只有一個(gè)int成員

2.可能會(huì)出現(xiàn)循環(huán)引用的情況

雖然當(dāng)前這兩個(gè)對(duì)象引用計(jì)數(shù)為1，但實(shí)際上是兩個(gè)對(duì)象再互相引用，此時(shí)外界的代碼仍然是無(wú)法訪問(wèn)和使用對(duì)象的，但是由于引用計(jì)數(shù)沒(méi)有成為0，這倆對(duì)象是無(wú)法進(jìn)行釋放的。

可達(dá)性分析

約定一些特定的變量，成為“GC roots”，每個(gè)一段時(shí)間，從GC roots出發(fā)，進(jìn)行遍歷，看看當(dāng)前哪些變量是能夠被訪問(wèn)到的，能被訪問(wèn)到的變量就稱為“可達(dá)”，否則就是“不可達(dá)”

GC roots

• 棧上的變量

• 常量值應(yīng)用的對(duì)象

• 方法區(qū)，引用類型的靜態(tài)變量

每一組都有一些變量

每個(gè)變量都可以視為起點(diǎn)

從這些起點(diǎn)出發(fā)，盡可能遍歷，能夠找到所有訪問(wèn)到的對(duì)象

只要是通過(guò)上述root的方式訪問(wèn)到的對(duì)象，對(duì)象都是可達(dá)的。

具體怎么回收？

標(biāo)記-清除法

先從堆首地址開(kāi)始遍歷，判斷該對(duì)象是垃圾后標(biāo)記為垃圾，第二次遍歷清除被標(biāo)記為垃圾標(biāo)志的垃圾

然后把對(duì)象對(duì)應(yīng)的內(nèi)存空間進(jìn)行釋放。

缺點(diǎn)

這種方式有一個(gè)大的問(wèn)題：內(nèi)存碎片。導(dǎo)致整個(gè)內(nèi)存“支離破碎”，比如上述每個(gè)黑色區(qū)域是1Kb，此時(shí)整個(gè)有4K的空閑空間，但是由于內(nèi)存是離散的，導(dǎo)致想申請(qǐng)2Kb的內(nèi)存空間(連續(xù)的)都申請(qǐng)不成功

復(fù)制算法

針對(duì)剛才所說(shuō)的內(nèi)存碎片問(wèn)題來(lái)進(jìn)行引入的方法

使用左側(cè)空間時(shí)，右側(cè)不用；使用右側(cè)空間時(shí)，左側(cè)不用。

不再是原地釋放了，而是把“非垃圾”(可以繼續(xù)使用的對(duì)象)拷貝到另外一側(cè)，然后再把之前這一半整個(gè)釋放掉，內(nèi)存碎片就得到了妥善處理。

缺點(diǎn)

1.空間利用率更低了(用一半，丟一半)

2.如果一輪GC下來(lái)，大部分對(duì)象要保留，只有少數(shù)對(duì)象要回收，這個(gè)時(shí)候復(fù)制開(kāi)銷就很大了。

標(biāo)記整理法

類似于順序表刪除元素搬運(yùn)操作，將后面元素依次搬運(yùn)到前面垃圾位置。

這種方式相對(duì)于上述發(fā)復(fù)制算法來(lái)說(shuō)，空間利用率上來(lái)了，同時(shí)也還是能夠解決內(nèi)存碎片問(wèn)題，但是搬運(yùn)操作也是比較耗時(shí)的。

分代回收策略

上述三個(gè)方式，都不是十全十美，所以需要根據(jù)實(shí)際的場(chǎng)景，因地制宜的解決問(wèn)題。

根據(jù)對(duì)象不同的特點(diǎn)，采取不同的回收方式

對(duì)象不同的特點(diǎn)：根據(jù)對(duì)象年齡劃分

對(duì)象年齡：更具GC的輪次來(lái)算，有一組線程，周期性的掃描代碼里所有的對(duì)象，如果一個(gè)對(duì)象經(jīng)歷了一次GC而沒(méi)有被回收，就認(rèn)為年齡+1.

一個(gè)基本的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律：如果一個(gè)對(duì)象壽命比較長(zhǎng)了，大概率還會(huì)活的更久(要被回收，早就被回收了)

例如許多東西都是短暫美好的，經(jīng)過(guò)時(shí)間的洗禮，少數(shù)經(jīng)典的東西才會(huì)被留下，哪些短暫的東西很短的時(shí)間就消逝了。

基于上述策略，就針對(duì)對(duì)象的年齡進(jìn)行了分類，把堆里的對(duì)象分成了：新生代(年齡小的對(duì)象，GC掃描的頻率較高)和老年代(年齡大的對(duì)象，GC掃描的頻率較低)

剛創(chuàng)建出來(lái)的對(duì)象進(jìn)入伊甸區(qū)

如果新對(duì)象熬過(guò)一輪GC，就通過(guò)復(fù)制算法，復(fù)制到生存區(qū)中，

生存區(qū)的對(duì)象也要經(jīng)歷GC的考研，每次熬過(guò)一輪GC，就通過(guò)復(fù)制算法拷貝到另一個(gè)生存區(qū)中，只要這個(gè)對(duì)象不消亡，就會(huì)在兩個(gè)生存區(qū)中間來(lái)回拷貝，每一輪拷貝，每一輪GC都會(huì)少選掉一大波對(duì)象。即同一時(shí)間只用一個(gè)生存區(qū)。

如果一個(gè)對(duì)象在生存區(qū)中反復(fù)堅(jiān)持了很多輪，還沒(méi)事，就會(huì)進(jìn)入老年代了。

如果對(duì)象來(lái)到了老年代，也不是完全的穩(wěn)定，也會(huì)定期進(jìn)行GC，只是頻率更低了，這里采取標(biāo)記整理的方式來(lái)處理老年代對(duì)象

上述規(guī)則還有個(gè)特殊情況!!!

如果對(duì)象是一個(gè)非常大的對(duì)象，則直接進(jìn)入老年代!!!

解釋：大對(duì)象進(jìn)行復(fù)制算法開(kāi)銷太大，既然一個(gè)很大的對(duì)象，好不容易創(chuàng)造出來(lái)，看肯定不是立即就銷毀的。

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