深入了解Java虛擬機和內存管理
1.java程序的執行過程
java源文件->解析器->class文件->java類加載器->java運行時數據區->執行引擎
2.我們接下來看一下java運行時數據區
包含程序計數器,虛擬機棧,本地方法棧,方法區,堆,其中程序計數器,虛擬機棧,本地方法區屬於指令,方法區和堆屬於數據。
一、程序計數器
用來指示程序執行哪一條指令,這跟匯編語言的程序計數器的功能在邏輯上是一樣的。JVM規範中規定，如果線程執行的是非native方法，則程序計數器指向的是當前線程正在執行的字節碼指令的地址和行號，如果線程執行的是native方法，則程序計數器中的值undefined。每個線程都有自己獨立的程序計數器。為什麽呢？因為多線程下，一個CPU內核同一時間只會執行一條線程中的指令，因此為了使每個線程在線程切換之後能夠恢復到切換之前的程序執行的位置，所以每個線程都有自己獨立的程序計數器。
二、Java虛擬機棧(VM Stack）
java虛擬機棧中存放的是一個個棧幀,棧是一種數據結構,數據結構是用來存放數據的,所以虛擬機棧也是用來存放數據的。存儲當前線程運行方法是所需要的 數據,指令和返回地址。當程序執行一個方法時,就會創建一個棧幀並壓入棧中,執行完畢,則會從棧幀中移除棧。虛擬機棧中有:局部變量表,操作數棧,動態鏈接,方法出口。
局部變量表:
存放局部變量的表,java的基本的數據類型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double),對象的引用（reference類型，它不等同於對象本身，可能是一個指向對象起始地址的引用指針，也可能是指向一個代表對象的句柄或其他與此對象相關的位置）和returnAddress類型（指向了一條字節碼指令的地址），其中64位長度的long和double類型的數據會占用2個局部變量空間（Slot），其余的數據類型只占用1個。局部變量表的大小在編譯器就可以確定其大小了，因此在程序執行期間局部變量表的大小是不會改變的。在Java虛擬機規範中，對這個區域規定了兩種異常狀況：如果線程請求的棧深度大於虛擬機所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機棧可以動態擴展（當前大部分的Java虛擬機都可動態擴展，只不過Java虛擬機規範中也允許固定長度的虛擬機棧），如果擴展時無法申請到足夠的內存，就會拋出OutOfMemoryError異常。
操作數棧:
虛擬機把操作數棧作為它的工作區，程序中的所有計算過程都是在借助於操作數棧來完成的，大多數指令都要從這裏彈出數據，執行運算，然後把結果壓回操作數棧。
動態連接: 每個棧幀都包含一個指向運行時常量池中該棧幀所屬方法的引用（指向運行時常量池：在方法執行的過程中有可能需要用到類中的常量,持有這個引用是為了支持方法調用過程中的動態連接. 方法返回地址: 當一個方法執行完畢之後，要返回之前調用它的地方，因此在棧幀中必須保存一個方法返回地址。 本地方法棧(Native Method StackJVM將內存劃分為6個部分：PC寄存器（也叫程序計數器）、虛擬機棧、堆、方法區、運行時常量池、本地方法棧
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PC寄存器（程序計數器）：用於記錄當前線程運行時的位置，每一個線程都有一個獨立的程序計數器，線程的阻塞、恢復、掛起等一系列操作都需要程序計數器的參與，因此必須是線程私有的。
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java 虛擬機棧：在創建線程時創建的，用來存儲棧幀，因此也是線程私有的。java程序中的方法在執行時，會創建一個棧幀，用於存儲方法運行時的臨時數據和中間結果，包括局部變量表、操作數棧、動態鏈接、方法出口等信息。這些棧幀就存儲在棧中。如果棧深度大於虛擬機允許的最大深度，則拋出StackOverflowError異常。
- 局部變量表：方法的局部變量列表，在編譯時就寫入了class文件
- 操作數棧：int x = 1; 就需要將 1 壓入操作數棧，再將 1 賦值給變量x
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java堆：java堆被所有線程共享，堆的主要作用就是存儲對象。如果堆空間不夠，但擴展時又不能申請到足夠的內存時，則拋出OutOfMemoryError異常。
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方法區：方發區被各個線程共享，用於存儲靜態變量、運行時常量池等信息。
- 本地方法棧：本地方法棧的主要作用就是支持native方法，比如在java中調用C/C++
六、垃圾回收機制:
(2)、可達性分析
設立若幹根對象（GC Root），每個對象都是一個子節點，當一個對象找不到根時，就認為該對象不可達。
3、怎麽回收？
- 標記——清除算法
- 復制算法
- 分代算法
(1)、標記——清除算法
遍歷所有的GC Root，分別標記處可達的對象和不可達的對象，然後將不可達的對象回收。
缺點是：效率低、回收得到的空間不連續
(2)、復制算法
將內存分為兩塊，每次只使用一塊。當這一塊內存滿了，就將還存活的對象復制到另一塊上，並且嚴格按照內存地址排列，然後把已使用的那塊內存統一回 收。
優點是：能夠得到連續的內存空間
缺點是：浪費了一半內存
(3)、分代算法
在java中，把內存中的對象按生命長短分為：
- 新生代：活不了多久就go die 了，比如局部變量
- 老年代：老不死的，活的久但也會go die，比如一些生命周期長的對象
- 永久代：千年王八萬年龜，不死，比如加載的class信息
- 有一點需要註意：新生代和老年代存儲在java虛擬機堆上 ；永久代存儲在方法區上
補充：java finalize()方法：
在被GC回收前，可以做一些操作，比如釋放資源。有點像析構函數，但是一個對象只能調用一次finalize()方法。
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