10.1 概述

10.1.1 Java虚拟机家族

1. HotSpot VM
2. J9 VM
3. Zing VM

10.1.2 Java虚拟机执行流程

10.2 Java虚拟机结构

10.2.1 Class文件格式

10.2.2 类的生命周期

类的生命周期：
一个Java文件，从被加载到Java虚拟机内存中到从内存中卸载的过程。

1. 加载：查找并加载Class文件。
2. 链接
   1. 验证：确保被导入类型的正确性。
   2. 准备：为类的静态字段分配字段，并用默认值初始化这些字段。
   3. 解析：虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用。
3. 初始化：将类变量初始化为正确的初始值。
4. 使用
5. 卸载

10.2.3 类加载子系统

类加载子系统通过多种类加载器来查找和加载Class文件到Java虚拟机中。Java虚拟机有两种你那个类加载器：系统加载器和自定义加载器。

系统加载器：

1. Bootstrap ClassLoader（引导类加载器）
2. Extensions ClassLoader（拓展类加载器）
3. Application ClassLoader（应用程序类加载器）

10.2.4 运行时数据区域

1. 程序计数器
2. Java虚拟机栈
3. 本地方法栈
4. Java堆
5. 方法区
6. 运行时常量池
7. 直接内存

10.3 对象的创建

1. 判断对象对应的类是否加载、链接和初始化
2. 为对象分配内存
   1. 指针碰撞
   2. 空闲列表
3. 处理并发安全问题
   1. 分配内存进行同步处理
   2. 本地线程分配缓冲
4. 初始化分配到的内存空间
5. 设置对象的对象头
6. 执行init方法进行初始化

10.4 对象的堆内存布局

以HotSpot虚拟机为例，对象在堆内存的布局分为三个区域，分别是对象头（Header）、实例数据（Instance Data）、对齐填充（Padding）。

10.5 oop-klass模型

oop-klass模型模型是用来描述Java对象实例的一种模型，它分为两个部分，OOP（Ordinary Object Pointer）指普通对象指针，用来表示对象的实例信息。klass用来描述元数据。

10.6 垃圾标记算法

10.6.1 Java中的引用

1. 强引用：新建对象时引用，不会回收。
2. 软引用：SoftReference，内存不足时回收。
3. 弱引用：WeakReference，GC时回收。
4. 虚引用：PhantomReference，和对象生命周期没有关系；被回收时会收到一个系统通知。

10.6.2 引用计数算法

基本思想：背个对象都有一个引用计数器，当对象在某处类引用的时候，它的引用计数器加1，引用失效时减1。当引用计数器中的值为0，则该对象就不能被使用，变成了垃圾。

目前主流Java虚拟机并没有选择使用引用计数算法，因为它没有解决对象之间互相循环引用的问题。

10.6.3 根搜索算法

思想：选定一些对象作为GC Roots，并组成根对象集合，然后以这些GC Roots的对象作为起始点，向下搜索，如果目标对象到GC Roots是连接着的，我们则称为该对象是可达的，如果不可达则说说明目标对象是可以被回收的对象。如图：

在Java中，可以作为GC Roots的对象主要有以下几种：

• Java栈中引用的对象。
• 本地方法栈中JNI引用的对象。
• 方法区中运行时常量池引用的对象。
• 方法区中静态属性引用的对象。
• 运行中的线程。
• 由引导类加载器加载的对象。
• GC控制的对象。

10.7 Java对象在虚拟机中的生命周期

1. 创建阶段（Created）
   1. 为对象分配存储空间
   2. 构造对象
   3. 从超类到子类对static成员进行初始化
   4. 递归调用超类的构造方法
   5. 调用子类的构造方法
2. 应用阶段（In Use）
3. 不可见阶段（Invisible）
4. 不可达阶段（Unreachable）
5. 收集阶段（Collected）
6. 终结阶段（Finalized）
7. 对象空间重新分配阶段（Deallocated）

10.8 垃圾收集算法

10.8.1 标记—清除算法

• 标记阶段：标记处可以回收的对象
• 清除阶段：回收被标记的对象所占的空间。

缺点：

• 标记和清除的效率不高。
• 容易产生大量不连续的内存碎片，碎片太多可能导致没有足够的连续内存分配给较大对象，从而触发新的一次垃圾收集动作。

10.8.2 复制算法

为了解决标记—清除算法效率不高的问题。

1. 它把内存空间划分为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域；
2. 在垃圾收集时，遍历当前使用的区域，把存活的对象复制到另一个区域中，最后将当前使用的区域的可回收对象进行回收。

• 这种算法每次对整个半区进行内存回收，不需要考虑内存碎片问题，代价就是使用内存为原来的一般。
• 复制算法的效率与存活对象数目有很大关系，如果存活对象很少，复制算法的效率就会很高。所以复制算法广泛应用于新生代中。

10.8.3 标记-压缩算法

老年代不适用复制算法，因为老年代对象存活率高，会有很多复制操作，导致效率变低。

标记-压缩算法在标记可回收的对象后，将所有存活的对象压缩到内存的另一端，使他们紧凑地排列在一起，然后对边界以外的内存进行回收。

10.8.4 分代收集算法

对不同生命周期的对象采取不同的收集算法，这就是分代的概念。

• 新生代
  • Eden空间
  • From Survivor空间
  • To Survivor空间
• 老年代

Eden空间中大多数对象生命周期很短，Eden空间和两个Survivor空间所占比例为8:1。

根据Java堆区的空间划分，垃圾收集的类型分为两种：

• Minor Collection：新生代垃圾收集
• Full Collection ：老年代收集。又称Major Collection。

Full Collection通常情况下伴随至少一次的Minor Collection，收集频率较低，耗时较长。

10.9 本章小结