JVM运行时数据区、类加载机制、双亲委派

JVM运行时数据区、类加载机制、双亲委派

前言

我们先讲一下Java运行时的数据区，类加载机制，双亲委派，然后再开始讲各个垃圾回收器，每个回收器使用的垃圾回收算法，回收的过程，以及JVM的性能调优

Java运行时数据区

为了方便大家理解JVM的结构，我画了这个图，方便大家理解JVM运行时的数据区

线程共享

• 堆区

  堆区又分为了老年代和新生代，新生代和老年代的内存空间默认比例为1：2，新生代又分为了一个Eden和两个Survivor区（这两个幸存区有些地方叫From和To,还有的资料叫S0和S1）Eden和两个幸存区的比例默认为8：1：1，这个比例可以通过参数来指定-XX:+SurvivorRatio 来指定比例，但是这个比例最好让它保持原有的比例，不需要去修改它。等下我们来验证一下这个比例。堆区用来存放对象和数组的，创建对象一般来说都是会分配到Eden区，但还有其它的情况，后面我们讲到对象内存分配的时候再具体说。

  这是虚拟机自带的一些默认的一些参数，其中SurvivorRatio我们可以看到默认值就是8，从这里就能验证Eden和Survivor的比例就是8：1：1

  

• 方法区

​ 方法区也是线程共享的，它主要存放类的属性、方法、常量、静态变量等信息。在JDK1.8之前，方法区里面有个永久代（Permanent Generation）,之前字符串常量池和静态变量就是放在永久代，永久代有个比较尴尬的地方就是，在程序启动之前，必须指定大小，还不会变,FGC还不会清理这一块内存。如果这一块内存满了，只能重启。在JDK1.8的时候移除了永久代，新 增了一个元空间(MetaSpace)，把原本放在永久代的常量池、静态变量都移到了元空间里面，元空间不需要指定大小， 最大的就是物理内存，这一块FGC还会对它进行回收。

线程独占

• 虚拟机栈

  虚拟机栈里面存放的是一个个的栈帧，每个方法调用都会生成一个栈帧，用来存放方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息

• 本地方法区

  用来存放线程执行过程中可能使用到的一些本地方法

• PC寄存器

  用来存放线程的指令集，虚拟机的运行类似于这样的循环，主要作用是记录当前线程的执行位置，多线程情况下，线程执行到一半，

  被其它线程把执行权抢走了，就需要记录当前线程的执行位置，下次拿到执行权才知道从哪里继续往下执行。

  while(not end) {
    取PC中的位置，找到对应的指令;
    执行该指令;
    PC++
  }
  

  类加载

  类加载一共分为了三个步骤，加载–>链接–>初始化

  加载

  通过类给定的路径，将字节码文件加载到内存当中（方法区），生成一个Class对象，Class指向了这一块内存，我们后期就是通过这个Class对象去访问类里面的方法和属性。

  链接

  • 验证：验证字节码文件是否符合JVM规范
  • 准备：为静态变量赋默认值（因为这个时候类没有进行初始化，只能赋默认值）
  • 解析：将类方法、属性等符号引用解析为直接引用，常量池中的各个符号引用，解析为指针，偏移量等内存地址的直接引用，这一步其实可以放到初始化后面来进行的。

  初始化

  初始化时类加载的最后一个过程，执行静态代码块为属性赋初始值。

  双亲委派

  说到类加载，就不得不提一下双亲委派机制，JVM系统提供了三种类加载器，分别为BootStrapClassLoader、ExtensionClassLoader、ApplicationClassLoader，我们还可以自定义类加载器

  类加载器

  • BootStrapClassLoader

    它是最顶层的类加载器，由C和C++编写的，它主要是用来加载JAVA_HOME/lib/rt.jar和CharSet.jar等核心类

  • ExtensionClassLoader

    它是由Java语言编写的，主要加载jre/lib/ext/*.jar

  • ApplicationClassLoader

    也是由Java语言编写的，用来加载ClassPath指定的内容

  双亲委派指的是每个加载器都有一个父类的加载器，自定义类加载器的父类加载器是ApplicationClassLoader,ApplicationClassLoader的父类加载器是ExtensionClassLoader,ExtensionClassLoader的父类加载器是BootStrapClassLoader，这里说的父类加载器，并不是说子类是集成子父类，其实他们之间只是通过了一个属性来进行关联。

  

  这里我简单画了个流程图来说明双亲委派机制，当Application加载器接收到一个类加载的任务，首先他会去自己的缓存中找，

  是不是有这个类，有的话直接返回，如果没有的话，把任务委派给自己的父类加载器也就是ExtensionClassLoader,它接收到任务

  以后也会去自己的缓存中找，没找到继续委派，直到委派给顶层的类加载器，如果还是没有找到的话，BootstrapClassLoader会尝试去加载这个类，它发现这个目录不是我加载的，会把加载任务委派给自己的下一级类加载器，直到委派给最低层的类加载器，如果

  还是没有加载成功，就会报ClassNotFoundException。

  双亲委派结构图，我已经把加载序号标好了，加载步骤依次为1 --> 2 ---> 3 --> 4 --> 5这个步骤都是到各自的缓存中去找，如果还没找到就开始尝试自己加载，加载顺序为5--> 6 -->7 ,在这七个步骤中任何一个步骤都有可能加载成功。

  类加载的作用

  主要是为了安全考虑，确保类的全局唯一性，避免用户自己定义的类，覆盖掉了JDK内部的核心类，假如我们自己写一个类名为String的类，放在自定义java.lang包下，如果采用的不是双亲委派，我们也会对这个自定义String类进行加载，把原来系统的String类可能就会覆盖掉了。

  对象的内存分配

  一个对象从创建到分配的流程，先是通过类加载的三个步骤，然后为对象申请内存空间，调用构造方法进行初始化。在了解对象的内存分配过程我们需要先了解几个知识点。

  • 栈上分配

    栈其实也可以用来给对象分配内存，它可以给那些线程私有的没有被外部调用的小对象，一般会用基本类型来代替对象

  • 线程本地分配TLAB（Thread Local Allocation Buffer）

    线程本地也可以给对象分配内存空间，这一块内存其实占用的还是Eden区，默认占用Eden1%的内存空间

  • 老年代

    存放大对象，至于多大的对象是大，这个可以通过参数来配置，（-XX:PretenureSizeThreshold）

  • Eden

    也是用来存放对象的，大部分对象都是被分配到Eden区

    一个对象的分配流程如下图

  1.首先尝试进行栈上分配

  2.判断是否为大对象，如果是大对象直接放到老年代，如果不是，尝试线程本地分配，本地分配失败，就将对象放入Eden区

  3.当Eden区满了的时候，会触发YGC,存活的对象会被放到幸存区，经过多次YGC还存活的对象，就会被放到老年代

  4.其实这里还有一个动态年龄和分配担保都会讲对象放到老年代 这里我们讲垃圾回收后面再说。