一、        JVM的生命周期

1.      JVM實(shí)例對應(yīng)了一個獨(dú)立運(yùn)行的java程序它是進(jìn)程級別

a)    啟動。啟動一個Java程序時，一個JVM實(shí)例就產(chǎn)生了，任何一個擁有public static void main(String[] args)函數(shù)的class都可以作為JVM實(shí)例運(yùn)行的起點(diǎn)

b)    運(yùn)行。main()作為該程序初始線程的起點(diǎn)，任何其他線程均由該線程啟動。JVM內(nèi)部有兩種線程：守護(hù)線程和非守護(hù)線程，main()屬于非守護(hù)線程，守護(hù)線程通常由JVM自己使用，java程序也可以標(biāo)明自己創(chuàng)建的線程是守護(hù)線程

c)    消亡。當(dāng)程序中的所有非守護(hù)線程都終止時，JVM才退出；若安全管理器允許，程序也可以使用Runtime類或者System.exit()來退出

2.      JVM執(zhí)行引擎實(shí)例則對應(yīng)了屬于用戶運(yùn)行程序的線程它是線程級別的

二、        JVM的體系結(jié)構(gòu)

1.      類裝載器（ClassLoader）（用來裝載.class文件）

2.      執(zhí)行引擎（執(zhí)行字節(jié)碼，或者執(zhí)行本地方法）

3.      運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)（方法區(qū)、堆、java棧、PC寄存器、本地方法棧）

三、        JVM類加載器

JVM整個類加載過程的步驟：

1.      裝載

裝載過程負(fù)責(zé)找到二進(jìn)制字節(jié)碼并加載至JVM中，JVM通過類名、類所在的包名通過ClassLoader來完成類的加載，同樣，也采用以上三個元素來標(biāo)識一個被加載了的類：類名+

包名+ClassLoader實(shí)例ID。

2.      鏈接

鏈接過程負(fù)責(zé)對二進(jìn)制字節(jié)碼的格式進(jìn)行校驗、初始化裝載類中的靜態(tài)變量以及解析類中調(diào)用的接口、類。

完成校驗后，JVM初始化類中的靜態(tài)變量，并將其值賦為默認(rèn)值。

最后對類中的所有屬性、方法進(jìn)行驗證，以確保其需要調(diào)用的屬性、方法存在，以及具備應(yīng)的權(quán)限（例如public、private域權(quán)限等），會造成NoSuchMethodError、NoSuchFieldError等錯誤信息。

3.      初始化

初始化過程即為執(zhí)行類中的靜態(tài)初始化代碼、構(gòu)造器代碼以及靜態(tài)屬性的初始化，在四種情況下初始化過程會被觸發(fā)執(zhí)行：

調(diào)用了new；

反射調(diào)用了類中的方法；

子類調(diào)用了初始化；

JVM啟動過程中指定的初始化類。

JVM類加載順序：

JVM兩種類裝載器包括：啟動類裝載器和用戶自定義類裝載器。

啟動類裝載器是JVM實(shí)現(xiàn)的一部分；

用戶自定義類裝載器則是Java程序的一部分，必須是ClassLoader類的子類。

JVM裝載順序：

                Jvm啟動時，由Bootstrap向User-Defined方向加載類；

               應(yīng)用進(jìn)行ClassLoader時，由User-Defined向Bootstrap方向查找并加載類；

1.      Bootstrap ClassLoader

這是JVM的根ClassLoader，它是用C++實(shí)現(xiàn)的，JVM啟動時初始化此ClassLoader，并由此ClassLoader完成$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar（Sun JDK的實(shí)現(xiàn)）中所有class文件的加載，這個jar中包含了java規(guī)范定義的所有接口以及實(shí)現(xiàn)。

2.      Extension ClassLoader

JVM用此classloader來加載擴(kuò)展功能的一些jar包。

3.      System ClassLoader

JVM用此classloader來加載啟動參數(shù)中指定的Classpath中的jar包以及目錄，在Sun JDK中ClassLoader對應(yīng)的類名為AppClassLoader。

4.      User-Defined ClassLoader

User-DefinedClassLoader是Java開發(fā)人員繼承ClassLoader抽象類自行實(shí)現(xiàn)的ClassLoader，基于自定義的ClassLoader可用于加載非Classpath中的jar以及目錄。

ClassLoader抽象類的幾個關(guān)鍵方法：

（1）      loadClass

此方法負(fù)責(zé)加載指定名字的類，ClassLoader的實(shí)現(xiàn)方法為先從已經(jīng)加載的類中尋找，如沒有則繼續(xù)從parent ClassLoader中尋找，如仍然沒找到，則從System ClassLoader中尋找，最后再調(diào)用findClass方法來尋找，如要改變類的加載順序，則可覆蓋此方法

（2）      findLoadedClass

此方法負(fù)責(zé)從當(dāng)前ClassLoader實(shí)例對象的緩存中尋找已加載的類，調(diào)用的為native的方法。

（3）      findClass

此方法直接拋出ClassNotFoundException，因此需要通過覆蓋loadClass或此方法來以自定義的方式加載相應(yīng)的類。

（4）      findSystemClass

此方法負(fù)責(zé)從System ClassLoader中尋找類，如未找到，則繼續(xù)從Bootstrap ClassLoader中尋找，如仍然為找到，則返回null。

（5）      defineClass

此方法負(fù)責(zé)將二進(jìn)制的字節(jié)碼轉(zhuǎn)換為Class對象

（6）      resolveClass

此方法負(fù)責(zé)完成Class對象的鏈接，如已鏈接過，則會直接返回。

四、        JVM執(zhí)行引擎

在執(zhí)行方法時JVM提供了四種指令來執(zhí)行：

（1）invokestatic：調(diào)用類的static方法

（2）invokevirtual：調(diào)用對象實(shí)例的方法

（3）invokeinterface：將屬性定義為接口來進(jìn)行調(diào)用

（4）invokespecial：JVM對于初始化對象（Java構(gòu)造器的方法為：）以及調(diào)用對象實(shí)例中的私有方法時。

主要的執(zhí)行技術(shù)有:

解釋，即時編譯，自適應(yīng)優(yōu)化、芯片級直接執(zhí)行

（1）解釋屬于第一代JVM，

（2）即時編譯JIT屬于第二代JVM，

（3）自適應(yīng)優(yōu)化（目前Sun的HotspotJVM采用這種技術(shù)）則吸取第一代JVM和第二代

JVM的經(jīng)驗，采用兩者結(jié)合的方式

開始對所有的代碼都采取解釋執(zhí)行的方式，并監(jiān)視代碼執(zhí)行情況，然后對那些經(jīng)常調(diào)用的方法啟動一個后臺線程，將其編譯為本地代碼，并進(jìn)行優(yōu)化。若方法不再頻繁使用，則取消編譯過的代碼，仍對其進(jìn)行解釋執(zhí)行。

五、        JVM運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)

第一塊：PC寄存器

PC寄存器是用于存儲每個線程下一步將執(zhí)行的JVM指令，如該方法為native的，則PC寄存器中不存儲任何信息。

第二塊：JVM棧

JVM棧是線程私有的，每個線程創(chuàng)建的同時都會創(chuàng)建JVM棧，JVM棧中存放的為當(dāng)前線程中局部基本類型的變量（java中定義的八種基本類型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double）、部分的返回結(jié)果以及Stack Frame，非基本類型的對象在JVM棧上僅存放一個指向堆上的地址

第三塊：堆（Heap）

它是JVM用來存儲對象實(shí)例以及數(shù)組值的區(qū)域，可以認(rèn)為Java中所有通過new創(chuàng)建的對象的內(nèi)存都在此分配，Heap中的對象的內(nèi)存需要等待GC進(jìn)行回收。

（1）      堆是JVM中所有線程共享的，因此在其上進(jìn)行對象內(nèi)存的分配均需要進(jìn)行加鎖，這也導(dǎo)致了new對象的開銷是比較大的

（2）      Sun Hotspot JVM為了提升對象內(nèi)存分配的效率，對于所創(chuàng)建的線程都會分配一塊獨(dú)立的空間TLAB（Thread Local Allocation Buffer），其大小由JVM根據(jù)運(yùn)行的情況計算而得，在TLAB上分配對象時不需要加鎖，因此JVM在給線程的對象分配內(nèi)存時會盡量的在TLAB上分配，在這種情況下JVM中分配對象內(nèi)存的性能和C基本是一樣高效的，但如果對象過大的話則仍然是直接使用堆空間分配

（3）      TLAB僅作用于新生代的Eden Space，因此在編寫Java程序時，通常多個小的對象比大的對象分配起來更加高效。

第四塊：方法區(qū)域（Method Area）

（1）在Sun JDK中這塊區(qū)域?qū)?yīng)的為PermanetGeneration，又稱為持久代。

（2）方法區(qū)域存放了所加載的類的信息（名稱、修飾符等）、類中的靜態(tài)變量、類中定義為final類型的常量、類中的Field信息、類中的方法信息，當(dāng)開發(fā)人員在程序中通過Class

對象中的getName、isInterface等方法來獲取信息時，這些數(shù)據(jù)都來源于方法區(qū)域，同時方法區(qū)域也是全局共享的，在一定的條件下它也會被GC，當(dāng)方法區(qū)域需要使用的內(nèi)存超過其允許的大小時，會拋出OutOfMemory的錯誤信息。

第五塊：運(yùn)行時常量池（Runtime Constant Pool）

存放的為類中的固定的常量信息、方法和Field的引用信息等，其空間從方法區(qū)域中分配。

第六塊：本地方法堆棧（Native Method Stacks）

JVM采用本地方法堆棧來支持native方法的執(zhí)行，此區(qū)域用于存儲每個native方法調(diào)用的狀態(tài)。

六、        JVM垃圾回收

GC的基本原理：將內(nèi)存中不再被使用的對象進(jìn)行回收，GC中用于回收的方法稱為收集器，由于GC需要消耗一些資源和時間，Java在對對象的生命周期特征進(jìn)行分析后，按照新生代、舊生代的方式來對對象進(jìn)行收集，以盡可能的縮短GC對應(yīng)用造成的暫停

（1）對新生代的對象的收集稱為minor GC；

（2）對舊生代的對象的收集稱為Full GC；

（3）程序中主動調(diào)用System.gc()強(qiáng)制執(zhí)行的GC為Full GC。

不同的對象引用類型，GC會采用不同的方法進(jìn)行回收，JVM對象的引用分為了四種類型：

（1）強(qiáng)引用：默認(rèn)情況下，對象采用的均為強(qiáng)引用（這個對象的實(shí)例沒有其他對象引用，GC時才會被回收）

（2）軟引用：軟引用是Java中提供的一種比較適合于緩存場景的應(yīng)用（只有在內(nèi)存不夠用的情況下才會被GC）

（3）弱引用：在GC時一定會被GC回收

（4）虛引用：由于虛引用只是用來得知對象是否被GC