Java&JVM虚拟机模型&类加载机制

一、JVM虚拟机

JVM虚拟机中的boolean类型

虽然Java虚拟机中定义了boolean类型，但是实际上在Oracle JVM虚拟机中使用的是int类型来编译的。

JVM虚拟机模型

如图所示：

编译好的class文件通过类加载将一些信息存入JVM虚拟机中

在运行时会产生多个线程，每一个其中包括三个部分
- pc regsiter表示注册表，每一个线程都有自己的regsiter，并且在任意时间一个线程都只有一个方法在执行，计数器会存储当前线程正在执行的方法的JVM指令地址
- jvm-Virtual Machine stack：一个Java虚拟机栈，每一个虚拟机进程只有一个虚拟机栈，并且每一个虚拟机栈存放一个frame，每次方法调用均会创建一个对应的Frame，方法执行完毕或者异常终止，Frame被销毁。一个方法A调用另一个方法B时，A的frame停止，新的frame被创建赋予B，执行完毕后，把计算结果传递给A，A继续执行。一个JVM栈存储本地变量以及执行部分方法的返回值。
  
  其中frame中分为4部分：
  
  1.Local Variables：基本数据类型、引用数据类型、方法返回地址
  
  2.Operand Stack：通过LIFO方式操作数据
  
  3.Dynamic Linking：转换符号引用到直接引用，例如String str=“China”;其中str属于符号引用，"China"在字符串常量池直接引用
  
  4.Method Invocation Completion
- JVM-heap是虚拟机中的堆，是一个被虚拟机共享的地方，用于存储由类产生的对象和数组区域，在虚拟机启动时就会创建，heap区域会被gc回收，如果heap不足，会抛出OutOfMemoeryError异常
- JVM-Method Area：方法区，被所有的虚拟机共享，但是不仅仅存放方法，会存放常量池，类的属性，方法数据，方法和构造方法的代码等，在逻辑上也属于heap
- jvm-Run-Time Constant Pool：JVM 为每个类型都维护了一个常量池，这是一种运行时数据结构，它可以满足一般编程一语言常量表的功能。每个运行时常量池都是从方法区分配的。当 JVM 创建类或接口时，会为其创建它的运行时常量池。
- JVM-native method stack：这一部分由其他语言实现

二、类加载

虚拟机把描述类的数据从Class 文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的 Java 类型，这就是虚拟机的类加载机制。
java类的生命周期
- 加载：加载字节码文件，会产生一个Class对象，作为访问的入口
  
  类加载会加载3个类库
  
  首先是加载加载 jre/lib/下面的核心类库bootstrap，然后是加载jre/lib/ext下的类库extension，最后是加载用户类 classpath变量定义的目录application
- 链接：确保class文件中的字节流包含的信息符合当前虚拟机的要求。
  - 验证文件格式，是否是以魔术开头，验证元数据，看是否存在父类，继承链是否正确，验证字节码、符号引用是否正确
  - 在方法区为变量分配内存并设置初始值
  - 虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。
- 初始化：执行类中定义的java代码，此阶段是执行clinit方法的过程。
  
  初始化阶段，才真正开始执行类中定义的 Java 程序代码，此阶段是执行 () 方法的过程。
  
  () 方法是由编译器按语句在源文件中出现的顺序，依次自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。（不包括构造器中的语句。构造器是初始化对象的，类加载完成后，创建对象时候将调用的 () 方法来初始化对象）
- 使用
- 卸载

3.双亲委派机制

自定义的类加载会向父类进行确认，父类则会继续向上一级进行确认，之后由最顶端的bootstrap向下依次传达结果

jvm虚拟机分区：

栈：

vm stack虚拟机栈：局部变量表、操作数栈、指向常量区的指针

例如1+1执行过程：Javap编译后的字节码文文件

在操作数栈中先存入1，然后保存到局部变量表，第二个1也一样，最后变量表中有2个1，放入到操作数栈中拿出来相加之后放回操作数栈，在放入局部变量表中，最后return

PC计数器：记录每一步的指针

native本地方法栈：C语言的指针

堆：共享区域，创建对象存放对象的地方

method area：类文件字节码，类的数据

每一个线程创建会单独运行栈，vm虚拟机栈，在本地方法区会执行非java的代码，然后会有个pc计数器指向字节码文件，可以知道当前程序执行到哪。然后有个共享区域堆存放对象，配合一个方法区存放类数据

GC垃圾回收器：（分治法）

分为新生代、老年代（算法不同）

新生代：垃圾多，生的快死的快（复制法）留下的对象少可以标记整理释放空间

分为两个区一块放置复制过来的数据（eden分配）

其中有一个from区to区

老年代：长期存在的（标记清除法）拷贝的对象会存在很久

jvm垃圾回收器：

新生代：serial、parnew、parallel scavenge

老年代：cms（标记清理）、serial old（标记整理）、parallel old（标记整理）

如何解决线上gc频繁问题？

找出谁导致gc频繁检查jvm参数

内存泄漏和内存溢出

溢出：超出内存的最大范围

泄漏：没有用到的内存空间

heap栈溢出

gc：高频gc

direct memory：直接内存溢出