摘要：前言本文內(nèi)容基本摘抄自深入理解虛擬機(jī)，以供復(fù)習(xí)之用，沒有多少參考價(jià)值。此區(qū)域是唯一一個(gè)在虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何情況的區(qū)域。堆是所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。虛擬機(jī)上把方法區(qū)稱為永久代。

本文內(nèi)容基本摘抄自《深入理解Java虛擬機(jī)》，以供復(fù)習(xí)之用，沒有多少參考價(jià)值。想要更詳細(xì)了解請(qǐng)參考原書。

程序計(jì)數(shù)器可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器，每條線程都需要有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器。如果線程執(zhí)行Java方法，計(jì)數(shù)器記錄正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令地址；如果執(zhí)行Native方法，計(jì)數(shù)器值為空。此區(qū)域是唯一一個(gè)在Java虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

Java虛擬機(jī)棧也是線程私有的，生命周期與線程相同。虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法在執(zhí)行的同時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀用于存儲(chǔ)局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個(gè)方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧到出棧的過程。如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機(jī)?？梢詣?dòng)態(tài)擴(kuò)展，如果擴(kuò)展時(shí)無(wú)法申請(qǐng)到足夠內(nèi)存，就會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

本地方法棧類似虛擬機(jī)棧，區(qū)別是本地方法棧為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)。

Java堆是所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。所有對(duì)象實(shí)例以及數(shù)組都要在堆上分配。Java堆是GC管理的主要區(qū)域。從內(nèi)存回收角度，Java堆可以細(xì)分為新生代和老年代，如果使用復(fù)制算法收集，還可以分為Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間。從內(nèi)存分配角度，線程共享的Java堆可能劃分出多個(gè)線程私有的分配緩沖區(qū)（TLAB）。如果堆中沒有內(nèi)存完成實(shí)例分配，并且堆也無(wú)法再擴(kuò)展時(shí)，將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

方法區(qū)是所有線程共享區(qū)域，用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。HotSpot虛擬機(jī)上把方法區(qū)稱為永久代。但用永久代實(shí)現(xiàn)方法區(qū)有問題，例如String.intern()在不同虛擬機(jī)有不同表現(xiàn)。JDK1.7已經(jīng)把原本放在永久代的字符串常量池移出。當(dāng)方法區(qū)無(wú)法滿足內(nèi)存分配需求時(shí)，將拋出OutOfMemoryError異常。

運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分。Class文件中除了類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有常量池，這部分將在類加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中存放。運(yùn)行時(shí)常量池相對(duì)于Class文件常量池的另外一個(gè)特征是動(dòng)態(tài)性，并非預(yù)置入Class文件中常量池的內(nèi)容才能進(jìn)入方法區(qū)運(yùn)行時(shí)常量池，運(yùn)行期間也可能將新的常量放入池中（intern()）。

直接內(nèi)存不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)一部分。JDK NIO引入了一種基于通道和緩沖區(qū)的I/O方式，它可以使用Native函數(shù)直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個(gè)存儲(chǔ)在Java堆中的DirectByteBuffer對(duì)象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作。分配的直接內(nèi)存導(dǎo)致各內(nèi)存區(qū)域總和大于物理內(nèi)存限制從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)擴(kuò)展時(shí)出現(xiàn)OutOfMenmoryError。

對(duì)象的創(chuàng)建：

對(duì)象的內(nèi)存布局：
對(duì)象在內(nèi)存中存儲(chǔ)的布局分為：對(duì)象頭、實(shí)例數(shù)據(jù)和對(duì)齊填充。對(duì)象頭分為對(duì)象運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)和類型指針。

對(duì)象運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)包括HashCode、GC分代年齡和鎖狀態(tài)標(biāo)志位等。類型指針即對(duì)象指向它的類元數(shù)據(jù)的指針。另外，如果對(duì)象是一個(gè)Java數(shù)組，那在對(duì)象頭中還有一塊用于記錄數(shù)組長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。

實(shí)例數(shù)據(jù)部分是對(duì)象真正存儲(chǔ)的有效信息，也是在程序代碼中所定義的各種類型的字段內(nèi)容。

對(duì)齊補(bǔ)充不是必然存在，起著占位符作用。保證對(duì)象起始地址是8字節(jié)的整數(shù)倍。

對(duì)象的訪問：
Java程序通過棧上的reference數(shù)據(jù)來(lái)操作堆上的具體對(duì)象。訪問方式分為使用句柄和直接指針兩種。使用句柄，Java堆中會(huì)劃分出一塊內(nèi)存作為句柄池，reference中存儲(chǔ)的就是對(duì)象的句柄地址，而句柄中包含了對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自的具體地址信息。如果使用直接指針訪問，那么Java堆對(duì)象的布局中就要放置訪問類型數(shù)據(jù)的相關(guān)信息。

3.部分虛擬機(jī)啟動(dòng)參數(shù)
-Xms:堆的最小值
-Xmx：堆的最大值
-Xmn：：堆分配給新生代的大小
-XX：+HeapDumpOnOutOfMemoryError：虛擬機(jī)出現(xiàn)內(nèi)存溢出異常時(shí)Dump出當(dāng)前內(nèi)存堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照
-Xss：棧容量
-XX:PermSize:永久代最小值
-XX:MaxPermSize:永久代最大值
-XX:MaxDirectMemorySize:本機(jī)直接內(nèi)存大小，如果不指定，默認(rèn)與-Xmx一樣。

1.對(duì)象存亡
判斷對(duì)象是否存活有兩種方法，引用計(jì)數(shù)算法和可達(dá)性分析。

引用計(jì)數(shù)算法：給對(duì)象中添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個(gè)地方引用它時(shí)，計(jì)數(shù)器值加1；當(dāng)引用失效時(shí)，計(jì)數(shù)器值減1；任何時(shí)刻計(jì)數(shù)器為0的對(duì)象就是不可能再被使用的。引用計(jì)數(shù)算法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，判定效率也高。缺點(diǎn)是它很難解決對(duì)象之間相互循環(huán)引用的問題。

可達(dá)性分析算法：通過一系列的稱為“GC Roots”的對(duì)象作為起始點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈，當(dāng)一個(gè)對(duì)象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時(shí)，則證明此對(duì)象是不可用的。可作為GC Roots的對(duì)象包括：虛擬機(jī)棧中引用的對(duì)象、方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對(duì)象、方法區(qū)中常量引用的對(duì)象、本地方法棧中JNI引用的對(duì)象。

對(duì)象引用：
強(qiáng)引用（Strong Reference）、軟引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虛引用（Phantom Reference）。
強(qiáng)引用只要存在，垃圾收集器永遠(yuǎn)不會(huì)回收被引用對(duì)象。軟引用用來(lái)描述還有用但并非必須的對(duì)象。對(duì)于軟引用關(guān)聯(lián)著的對(duì)象，在系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存溢出異常之前，將會(huì)把這些對(duì)象列進(jìn)回收范圍進(jìn)行二次回收。弱引用也用來(lái)描述非必須對(duì)象，被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象只能生存到下一次垃圾收集發(fā)生之前。一個(gè)對(duì)象是否有虛引用的存在不影響生存時(shí)間，也無(wú)法通過虛引用取得對(duì)象實(shí)例。虛引用唯一目的是在垃圾回收時(shí)收到一個(gè)系統(tǒng)通知。

對(duì)象存亡：
宣告對(duì)象死亡至少要經(jīng)歷兩次標(biāo)記過程：如果對(duì)象在進(jìn)行可達(dá)性分析后發(fā)現(xiàn)沒有與GC Roots相連接的引用鏈，那它將會(huì)被第一次標(biāo)記并進(jìn)行一次篩選是否有必要執(zhí)行finalize()方法。若對(duì)象沒有覆蓋此方法或曾經(jīng)調(diào)用過此方法，則沒必要執(zhí)行。如果在finalize()方法中重新與引用鏈建立聯(lián)系，則對(duì)象存活，否則 進(jìn)行第二次標(biāo)記。

方法區(qū)的回收：
永久代回收包括廢棄常量和無(wú)用的類。其中類的回收條件較為苛刻：該類所有實(shí)例已回收；該類的類加載器已回收；該類的Class對(duì)象沒有被引用。滿足這三個(gè)條件才可以回收，而不是必然回收。

2.垃圾收集算法
標(biāo)記-清除算法：標(biāo)記和清除效率都不高且標(biāo)記清除后產(chǎn)生大量不連續(xù)內(nèi)存碎片。

復(fù)制算法：堆分為一塊Eden和兩塊Survivor，大小為8:1:1，每次使用Eden和其中一塊Survivor，回收時(shí)，將上面存活的對(duì)象復(fù)制到另外一塊Survivor上，清理Eden和剛才使用過的Survivor空間。當(dāng)Survivor空間不夠時(shí)，需要依賴?yán)夏甏M(jìn)行分配擔(dān)保。

標(biāo)記-整理算法：復(fù)制算法在對(duì)象存活率高時(shí)需要較多復(fù)制操作，效率較低。標(biāo)記整理類似標(biāo)記清除，不過標(biāo)記后讓所有存活對(duì)象移向一端，然后清理掉邊界以外的內(nèi)存。

分代收集算法：根據(jù)對(duì)象存活周期不同將內(nèi)存劃分為幾塊。新生代使用復(fù)制算法，老年代使用標(biāo)記清除和標(biāo)記整理。

3.算法實(shí)現(xiàn)

可達(dá)性分析時(shí)間敏感：
可達(dá)性分析從GC Roots中查找引用鏈，GC Roots節(jié)點(diǎn)包括全局性引用與執(zhí)行上下文，而僅僅方法區(qū)就有數(shù)百兆，如果逐個(gè)檢查，會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間。可達(dá)性分析還需要GC Roots停頓。

安全點(diǎn)：
HotSpot使用一組OopMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存放對(duì)象引用。但HotSpot沒有為每條指令生成OopMap，只在安全點(diǎn)記錄信息。一般“長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行”的指令，如方法調(diào)用、循環(huán)跳轉(zhuǎn)、異常跳轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生SafePoint。GC時(shí)讓所有線程在最近安全點(diǎn)停頓分為搶先式中斷和主動(dòng)式中斷。

安全區(qū)域：
線程處于Sleep或Blocked狀態(tài)，無(wú)法響應(yīng)JVM的中斷請(qǐng)求，就無(wú)法執(zhí)行到安全點(diǎn)掛起。安全區(qū)域是指一段代碼之中，引用關(guān)系不會(huì)發(fā)生變化，這個(gè)區(qū)域任意地方開始GC都是安全的。

4.垃圾收集器

Serial收集器：
單線程收集器，不僅僅只會(huì)使用一個(gè)CPU或一條收集線程去完成垃圾收集工作，它在進(jìn)行垃圾收集時(shí)必須暫停所有其他工作線程。優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單而高效。

ParNew收集器：
多線程收集器，除了多線程收集都與Serial一樣。優(yōu)點(diǎn)是除了Serial，只有它能與CMS配合工作。

Parallel Scavenge收集器：
多線程收集器，目標(biāo)是吞吐量?jī)?yōu)先（CPU用于運(yùn)行用戶代碼的時(shí)間與CPU總消耗時(shí)間的比值）。

Serial Old收集器：
Serial老年代版本，單線程收集器，“標(biāo)記-整理”算法。

Parallel Old收集器：
Parallel Scavenge的老年代版本，多線程收集，“標(biāo)記-整理”算法，注重吞吐量。

CMS收集器：
以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器?！皹?biāo)記-清除”算法，分為：初始標(biāo)記、并發(fā)標(biāo)記、重新標(biāo)記、并發(fā)清除。初始標(biāo)記和重新標(biāo)記仍然需要“Stop The World”。
初始標(biāo)記僅僅標(biāo)記GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，速度很快；并發(fā)標(biāo)記就是進(jìn)行GC Roots Tracing的過程；重新標(biāo)記是為了修正并發(fā)標(biāo)記期間因用戶程序繼續(xù)運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那一部分對(duì)象的標(biāo)記記錄，時(shí)間比初始標(biāo)記稍長(zhǎng)，比并發(fā)標(biāo)記短。由于整個(gè)過程耗時(shí)最長(zhǎng)的并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除過程收集器線程都可以與用戶線程一起工作。所以CMS的內(nèi)存回收是與用戶線程一起“并發(fā)”執(zhí)行的。
CMS有3個(gè)缺點(diǎn)：對(duì)CPU資源非常敏感；無(wú)法處理浮動(dòng)垃圾、會(huì)產(chǎn)生大量空間碎片（標(biāo)記-清除）。

G1收集器：
G1的優(yōu)點(diǎn)是并行與并發(fā)、分代收集、空間整合、可預(yù)測(cè)的停頓?；厥者^程分為：初始標(biāo)記、并發(fā)標(biāo)記、最終標(biāo)記、篩選回收。

5.內(nèi)存分配與回收策略

對(duì)象優(yōu)先在Eden分配

大對(duì)象直接進(jìn)入老年代

長(zhǎng)期存活的對(duì)象將進(jìn)入老年代

動(dòng)態(tài)對(duì)象年齡判定

空間分配擔(dān)保

1.JDK命令行工具

jps：虛擬機(jī)進(jìn)程狀況工具?？梢粤谐稣谶\(yùn)行的虛擬機(jī)進(jìn)程，并顯示虛擬機(jī)執(zhí)行主類名稱以及這些進(jìn)程的本地虛擬機(jī)唯一ID。
jstat：虛擬機(jī)統(tǒng)計(jì)信息監(jiān)視工具。可以顯示本地或者遠(yuǎn)程虛擬機(jī)進(jìn)程中的類裝載、內(nèi)存、垃圾收集、JIT編譯等運(yùn)行數(shù)據(jù)。
jinfo：Java配置信息工具?？梢詫?shí)時(shí)地查看和調(diào)整虛擬機(jī)各項(xiàng)參數(shù)。
jmap：java內(nèi)存映像工具。用于生成堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照。
jhat：虛擬機(jī)堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照分析工具。分析jmap生成的快照。
jstack：Java堆棧跟蹤工具。用于生成虛擬機(jī)當(dāng)時(shí)的線程快照，就是當(dāng)前虛擬機(jī)內(nèi)每一條線程正在執(zhí)行的方法堆棧的集合。
HSDIS：JIT生成代碼反匯編。

2.JDK可視化工具

jconsole：Java監(jiān)視與管理控制臺(tái)。
VisualVM：多合一故障處理工具。

1.Class類文件的結(jié)構(gòu)
Class文件格式采用一種類似于C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體的偽結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這種偽結(jié)構(gòu)只有兩種數(shù)據(jù)類型：無(wú)符號(hào)數(shù)和表。無(wú)符號(hào)數(shù)分為u1、u2、u4、u8。表由多個(gè)無(wú)符號(hào)數(shù)或者其他表作為數(shù)據(jù)項(xiàng)構(gòu)成的復(fù)合數(shù)據(jù)類型。

魔數(shù)

Class文件版本

訪問標(biāo)志

類索引、父類索引與接口索引集合

字段表集合

方法表集合

屬性表集合

其中，屬性表集合有Code屬性、Exceptions屬性、LineNumberTable屬性、LocalVariableTable屬性、SourceFile屬性、ConstantValue屬性、InnerClasses屬性、Deprecated及Synthetic屬性、stackMapTable屬性、Signature屬性、BootstrapMethods屬性等。

2.字節(jié)碼指令

加載和存儲(chǔ)指令

運(yùn)算指令

類型轉(zhuǎn)換指令

對(duì)象創(chuàng)建與訪問指令

操作數(shù)棧管理指令

控制轉(zhuǎn)移指令

方法調(diào)用和返回指令

異常處理指令

同步指令

1.類加載機(jī)制
虛擬機(jī)把描述類的數(shù)據(jù)從Class文件加載到內(nèi)存，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、轉(zhuǎn)換解析和初始化，最終形成可以被虛擬機(jī)直接使用的Java類型，這就是虛擬機(jī)的類加載機(jī)制。Java語(yǔ)言里，類型加載、連接和初始化過程都是在程序運(yùn)行期間完成的，因此Java有高度的靈活性。

2.類加載的時(shí)機(jī)

加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、初始化、卸載按部就班的開始，解析階段可以在初始化之后開始（為了支持Java語(yǔ)言的運(yùn)行時(shí)綁定）。

立即對(duì)類進(jìn)行初始化的五種情況：

遇到new（實(shí)例化對(duì)象）、getstatic（讀取類的靜態(tài)字段）、putstatic（設(shè)置類的靜態(tài)字段）、invokestatic（調(diào)用一個(gè)類的靜態(tài)方法）4條字節(jié)碼指令時(shí)；

使用reflect對(duì)類反射調(diào)用時(shí)

初始化一個(gè)類時(shí)，如果其父類還未初始化（對(duì)于接口來(lái)說(shuō)，只有在真正使用父接口時(shí)才會(huì)初始化）

虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)指定執(zhí)行主類

使用動(dòng)態(tài)語(yǔ)言支持時(shí)，MethodHandle的解析結(jié)果的方法句柄所對(duì)應(yīng)的類沒有進(jìn)行過初始化

通過子類引用父類的靜態(tài)字段，不會(huì)導(dǎo)致子類初始化；通過數(shù)組定義來(lái)引用類，不會(huì)觸發(fā)此類的初始化；常量在編譯階段會(huì)存入調(diào)用類的常量池中，本質(zhì)上并沒有直接引用到定義常量的類，因此不會(huì)觸發(fā)定義常量的初始化。

3.類加載的過程

加載：

通過一個(gè)類的全限定名來(lái)獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流；

將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；

在內(nèi)存中生成一個(gè)代表這個(gè)類的java.lang.Class對(duì)象，作為方法區(qū)這個(gè)類的各種數(shù)據(jù)的訪問入口（存放在方法區(qū)）；

驗(yàn)證：

文件格式驗(yàn)證

元數(shù)據(jù)驗(yàn)證

字節(jié)碼驗(yàn)證

符號(hào)引用驗(yàn)證

準(zhǔn)備：
準(zhǔn)備階段是正式為類變量分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值（通常情況為零值，final則直接賦值）的階段，這些變量所使用的內(nèi)存都將在方法區(qū)中進(jìn)行分配。

解析：
解析階段是虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用的過程。符號(hào)引用以一組符號(hào)來(lái)描述所引用的目標(biāo)，符號(hào)可以是任何形式的字面量，符號(hào)引用與虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存布局無(wú)關(guān)；直接引用可以是直接指向目標(biāo)的指針、相對(duì)偏移量或是一個(gè)能間接定位到目標(biāo)的句柄，直接引用和虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存布局相關(guān)。

類或接口的解析

字段解析

類方法解析

接口方法解析

方法類型解析

方法句柄解析

調(diào)用點(diǎn)限定符解析

初始化：
前面的類加載過程中，除了加載階段用戶應(yīng)用程序可以通過自定義類加載器參與之外，其余動(dòng)作完全由虛擬機(jī)主導(dǎo)和控制。到了初始化階段，才真正開始執(zhí)行類中定義的Java程序代碼（字節(jié)碼）。初始化階段是執(zhí)行類構(gòu)造器()方法的過程。

4.類加載器
類加載階段中的“通過一個(gè)類的全限定名來(lái)獲取描述此類的二進(jìn)制字節(jié)流”就是由類加載器實(shí)現(xiàn)的。且類加載器左右不限于此，任意一個(gè)類都需要由加載它的類加載器和這個(gè)類本身一同確立其在Java虛擬機(jī)中的唯一性，每一個(gè)類加載器都擁有一個(gè)獨(dú)立的類名稱空間。

雙親委派模型：
從JVM角度只存在兩種類加載器：?jiǎn)?dòng)類加載器（Bootstrap ClassLoader），由C++實(shí)現(xiàn)；所有其他類加載器，由Java實(shí)現(xiàn)。從開發(fā)角度分為四類：?jiǎn)?dòng)類加載器（Bootstrap ClassLoader），lib目錄中或被-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中虛擬機(jī)識(shí)別的類庫(kù)，用戶無(wú)法直接引用；擴(kuò)展類加載器（Extension ClassLoader）負(fù)責(zé)libext或被java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中所有類庫(kù)，用戶可以直接使用；應(yīng)用程序類加載器（Application ClassLoader），或稱系統(tǒng)類加載器，負(fù)責(zé)加載ClassPath上指定的類庫(kù)，用戶可以使用，默認(rèn)類加載器；自定義類加載器。

雙親委派模型的工作過程是：如果一個(gè)類加載器收到了類加載的請(qǐng)求，它首先不會(huì)自己去嘗試加載這個(gè)類，而是把這個(gè)請(qǐng)求委派給父類加載器去完成，所有的加載請(qǐng)求最后都應(yīng)該傳送到頂層的啟動(dòng)類加載器，只有當(dāng)父加載器反饋無(wú)法加載（搜索范圍沒找到需要的類）時(shí)，子加載器才會(huì)嘗試自己去加載。

雙親委派模型的好處是Java類隨著它的類加載器一起具備了一種帶有優(yōu)先級(jí)的層次關(guān)系，保證了Java程序的穩(wěn)定運(yùn)作。

破壞雙親委派模型：

面對(duì)已經(jīng)存在的用戶自定義類加載器的實(shí)現(xiàn)代碼，為了向前兼容，JDK1.2之后的java.lang.ClassLoader添加了一個(gè)新的protected方法findClass()。

雙親委派模型很好地解決了各個(gè)類加載器的基礎(chǔ)類的統(tǒng)一問題，但基礎(chǔ)類可能會(huì)回調(diào)用戶代碼。因此引入線程上下文類加載器，可以通過java.lang.Thread類的setContextClassLoader()方法進(jìn)行設(shè)置，默認(rèn)為應(yīng)用程序類加載器。這其實(shí)是父類加載器請(qǐng)求子類加載器完成類加載，打破了雙親委派模型。

用戶對(duì)程序動(dòng)態(tài)性的追求導(dǎo)致破壞（代碼熱替換、模塊熱部署）。OSGI實(shí)現(xiàn)模塊化部署的關(guān)鍵是它自定義的類加載器機(jī)制的實(shí)現(xiàn)。每一個(gè)程序模塊（Bundle）都有一個(gè)自己的類加載器，當(dāng)需要更換一個(gè)Bundle時(shí)，就把Bundle連同類加載器一起換掉以實(shí)現(xiàn)代碼的熱替換。

1.運(yùn)行時(shí)棧幀結(jié)構(gòu)
棧幀存儲(chǔ)了方法的局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接和方法返回地址等信息。每一個(gè)方法從調(diào)用開始至執(zhí)行完成的過程，都對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧里面從入棧到出棧的過程。

局部變量表：
局部變量表是一組變量值存儲(chǔ)空間，用于存放方法參數(shù)和方法內(nèi)部定義的局部變量。在Java程序編譯為Class文件時(shí)，就在方法的Code屬性的max_locals數(shù)據(jù)項(xiàng)中確定了該方法需要分配的局部變量表的最大容量。

虛擬機(jī)通過索引定位的方式使用局部變量表，索引值的范圍是從0開始至局部變量表最大的Slot數(shù)量。如果執(zhí)行的是實(shí)例方法，局部變量表中第0位索引的Slot默認(rèn)是用于傳遞方法所屬對(duì)象實(shí)例的引用，可通過“this”訪問。

存在一種特殊情形，對(duì)象占用內(nèi)存大、此方法的的棧幀長(zhǎng)時(shí)間不回收、方法調(diào)用次數(shù)達(dá)不到JIT編譯條件，手動(dòng)將不再使用的變量設(shè)置null是有用的。

局部變量不像類變量有準(zhǔn)備階段，沒有賦初始值不能使用。

操作數(shù)棧：
操作數(shù)棧是一個(gè)后入先出棧。同局部變量表一樣，操作數(shù)棧的最大深度也在編譯的時(shí)候?qū)懭氲紺ode屬性的max_stack數(shù)據(jù)項(xiàng)中。

當(dāng)一個(gè)方法剛剛開始執(zhí)行時(shí)，這個(gè)方法的操作數(shù)棧是空的，在方法的執(zhí)行過程中，會(huì)有各種字節(jié)碼指令往操作數(shù)棧中寫入和提取內(nèi)容，也就是入棧出棧操作。

概念模型中，兩個(gè)棧幀作為虛擬機(jī)棧的元素，是完全相互獨(dú)立的。但在大多數(shù)虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)里都會(huì)做一些優(yōu)化處理，令兩個(gè)棧幀出現(xiàn)一部分重疊。

動(dòng)態(tài)鏈接：
Class文件的常量池中存有大量的符號(hào)引用，這些符號(hào)引用一部分會(huì)在類加載階段或者第一次使用時(shí)轉(zhuǎn)化為直接引用，這種轉(zhuǎn)化稱為靜態(tài)解析；另外一部分將在每一次運(yùn)行期間轉(zhuǎn)化為直接引用，稱為動(dòng)態(tài)鏈接。

方法返回地址：
方法開始執(zhí)行后，有兩種退出方式：正常完成出口和異常完成出口。方法返回時(shí)需要在棧幀中保存一些信息，用來(lái)幫助恢復(fù)它的上層方法的執(zhí)行狀態(tài)。方法正常退出時(shí)，調(diào)用者的PC計(jì)數(shù)器的值可以作為返回地址，會(huì)在棧幀中保存；方法異常退出時(shí)，返回地址是要通過異常處理器表來(lái)確定，棧幀中不保存。

附加信息：
允許增加附加信息到棧幀中。

2.方法調(diào)用
方法調(diào)用階段唯一的任務(wù)就是確定被調(diào)用方法的版本，暫不涉及方法內(nèi)部運(yùn)行。

Class文件的編譯過程中不包含傳統(tǒng)編譯中的連接步驟，一切方法調(diào)用在Class文件里面存儲(chǔ)的都只是符號(hào)引用，而不是方法在內(nèi)存的入口地址。需要在類加載期間，甚至到運(yùn)行期間才能確定目標(biāo)方法的直接引用。

Java虛擬機(jī)五條方法調(diào)用指令：
invokestatic：調(diào)用靜態(tài)方法；
invokespecial：調(diào)用實(shí)例構(gòu)造器、私有方法和父類方法。
invokevirtual：調(diào)用所有的虛方法。
invokeinterface：調(diào)用接口方法，會(huì)在運(yùn)行時(shí)再確定一個(gè)實(shí)現(xiàn)此接口的對(duì)象。
invokedynamic：現(xiàn)在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)解析出調(diào)用點(diǎn)限定符所引用的方法，然后再執(zhí)行該方法。

前4條調(diào)用指令分派邏輯是固化在Java虛擬機(jī)內(nèi)部的，而invokeddynamic指令的分派邏輯是由用戶所設(shè)定的引導(dǎo)方法決定的。

解析：
在類加載的解析階段，會(huì)將其中的一部分符號(hào)引用轉(zhuǎn)化為直接引用，這部分調(diào)用目標(biāo)在程序代碼寫好、編譯器進(jìn)行編譯時(shí)就必須確定下來(lái)。這類方法的調(diào)用稱為解析。

只要能被invokestatic和invokespecial指令調(diào)用的方法，都可以在解析階段中確定唯一的調(diào)用版本，在類加載的時(shí)候就會(huì)把符號(hào)引用解析為該方法的直接引用。

Java中的非虛方法除了使用invokestatic、invokespecial調(diào)用的方法之外，還有final修飾的方法，雖然final使用invokevirtual調(diào)用。

分派：
解析調(diào)用一定是靜態(tài)過程，在編譯期間完全確定，在類加載的解析階段就會(huì)把符號(hào)引用替換為直接引用；而分派調(diào)用可能是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)。

靜態(tài)分派：所有依賴靜態(tài)類型來(lái)定位方法執(zhí)行版本的分派動(dòng)作稱為靜態(tài)分派。靜態(tài)分派的典型應(yīng)用是方法重載。靜態(tài)分派發(fā)生在編譯階段，因此確定靜態(tài)分派的動(dòng)作實(shí)際上不是由虛擬機(jī)來(lái)執(zhí)行的。另外，編譯器雖然能確定出方法的重載版本，但有時(shí)并不唯一，原因是字面量不需要定義，所以字面量沒有顯式的靜態(tài)類型。

動(dòng)態(tài)分派：運(yùn)行期間根據(jù)實(shí)際類型確定方法執(zhí)行版本的分派過程稱為動(dòng)態(tài)分派。動(dòng)態(tài)分派的典型應(yīng)用是方法重寫。invokevirtual指令執(zhí)行的第一步就是在運(yùn)行期確定接收者的實(shí)際類型。

單分派與多分派:方法的接收者與方法的參數(shù)統(tǒng)稱為方法的宗量，根據(jù)分派基于多少宗量，可以將分派劃分為單分派和多分派。Java語(yǔ)言是一門靜態(tài)多分派、動(dòng)態(tài)單分派的語(yǔ)言。

虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)分派實(shí)現(xiàn)：使用虛方法表索引來(lái)代替元數(shù)據(jù)查找以提高性能。虛方法表中存放著各個(gè)方法的實(shí)際入口地址。

3.動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言支持
動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言的關(guān)鍵特征是它的類型檢查的主體過程是在運(yùn)行期而不是編譯期。編譯器就進(jìn)行類型檢查過程的語(yǔ)言就是最常用的靜態(tài)類型語(yǔ)言?！白兞繜o(wú)類型而變量值才有類型”也是動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言的一個(gè)重要特征。

靜態(tài)語(yǔ)言在編譯期確定類型，最顯著的好處是編譯器可以提供嚴(yán)謹(jǐn)?shù)念愋蜋z查；動(dòng)態(tài)類型語(yǔ)言在運(yùn)行期確定類型，可以提供更大的安全性，也使代碼更加清晰和簡(jiǎn)潔。

java.lang.invoke:
這個(gè)包的主要目的是在之前JVM單純依靠符號(hào)引用來(lái)確定調(diào)用的目標(biāo)方法這種方式之外，提供一種新的動(dòng)態(tài)確定目標(biāo)方法的機(jī)制，稱為MethodHandle。

MethodHandle與Reflection相似之處很多，區(qū)別如下：Reflection是在模擬Java代碼層次的方法調(diào)用，MethodHand是在模擬字節(jié)碼層次的調(diào)用；Reflection是重量級(jí)，MethodHandle是輕量級(jí)；由于MethodHandle是對(duì)字節(jié)碼的模擬，所以虛擬機(jī)在這方面的優(yōu)化可以被MethodHandle借鑒。

invokedynamic：
invokedynamic指令與MethodHandle機(jī)制的作用一樣，解決原有4條“invoke*”指令方法分派規(guī)則固化在虛擬機(jī)之中的問題，把如何查找目標(biāo)方法的決定權(quán)從虛擬機(jī)轉(zhuǎn)嫁到具體用戶代碼之中。區(qū)別是一個(gè)采用上層Java代碼和API實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)用字節(jié)碼和Class中其他屬性、常量來(lái)完成。

4.基于棧的字節(jié)碼解釋執(zhí)行引擎
Java語(yǔ)言中，Javac編譯器完成了程序代碼經(jīng)過詞法分析、語(yǔ)法分析到抽象語(yǔ)法樹，再遍歷語(yǔ)法樹生成線性的字節(jié)碼指令流的過程。這一部分在JVM之外進(jìn)行，而解釋器和解釋執(zhí)行在JVM內(nèi)部，所以Java的編譯是半獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)。

Java編譯器輸出的指令流，是一種基于棧的指令集架構(gòu)?；跅５闹噶罴饕獌?yōu)點(diǎn)就是可移植，缺點(diǎn)是執(zhí)行速度相對(duì)較慢。

Javac編譯器

從Javac的代碼來(lái)看，編譯過程分為3個(gè)過程：

解析與填充符號(hào)表過程：詞法、語(yǔ)法分析；填充符號(hào)表

插入式注解處理器的注解處理過程

語(yǔ)義分析與字節(jié)碼生成過程：標(biāo)注檢查、數(shù)據(jù)及控制流分析、解語(yǔ)法糖、字節(jié)碼生成

Java語(yǔ)法糖

泛型和類型擦除：泛型的本質(zhì)是參數(shù)化類型，即所操作的數(shù)據(jù)類型被指定為一個(gè)參數(shù)。Java語(yǔ)言中的泛型只在程序源碼中存在，在編譯后的字節(jié)碼文件中，就已經(jīng)替換為原來(lái)的原生類型，并在相應(yīng)地方插入了強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)化代碼，ArrayList和ArrayList是同一個(gè)類。Java的泛型是偽泛型。

自動(dòng)裝箱、拆箱與循環(huán)遍歷：Java語(yǔ)言使用最多的語(yǔ)法糖。

條件編譯：根據(jù)布爾常量值的真假，編譯器將會(huì)把分支中不成立的代碼塊消除掉，由于這種條件編譯的實(shí)現(xiàn)方式使用了if語(yǔ)句，所以只能寫在方法體內(nèi)部，只能實(shí)現(xiàn)語(yǔ)句基本塊級(jí)別的條件編譯。

1.HotSpot虛擬機(jī)內(nèi)的即時(shí)編譯器

解釋器與執(zhí)行器：

當(dāng)程序需要迅速啟動(dòng)和執(zhí)行的時(shí)候，解釋器可以首先發(fā)揮作用，省去編譯的時(shí)間，立即執(zhí)行。在程序運(yùn)行后，隨著時(shí)間的推移，編譯器逐漸發(fā)揮作用，把越來(lái)越多的代碼編譯成本地代碼之后，可以獲取更高的執(zhí)行效率。

HotSpot虛擬機(jī)內(nèi)置兩個(gè)即時(shí)編譯器，分別稱為Client Compiler和Server Compiler（C1和C2）.目前主流的HotSpot虛擬機(jī)中，默認(rèn)采用解釋器與其中一個(gè)編譯器直接配合的方式工作。為了在程序啟動(dòng)響應(yīng)速度與運(yùn)行效率之間達(dá)到最佳平衡，HotSpot虛擬機(jī)會(huì)逐漸啟用分層編譯的策略。

編譯對(duì)象與觸發(fā)條件：

在運(yùn)行過程中會(huì)被即時(shí)編譯器編譯的熱點(diǎn)代碼有兩類：被多次調(diào)用的方法；被多次執(zhí)行的循環(huán)體。這兩種情況編譯器都會(huì)以整個(gè)方法作為編譯對(duì)象。

判斷是否是熱點(diǎn)代碼和是否需要觸發(fā)即時(shí)編譯的行為稱為熱點(diǎn)探測(cè)，方式分為：基于采樣的熱點(diǎn)探測(cè)、基于計(jì)數(shù)的熱點(diǎn)探測(cè)。

編譯過程：
Server Complier和Client Complier兩個(gè)編譯器編譯過程不一樣。Client是一個(gè)簡(jiǎn)單快速的三段式編譯器，主要關(guān)注局部性的優(yōu)化，Server是一個(gè)充分優(yōu)化過的高級(jí)編譯器。

2.編譯優(yōu)化技術(shù)

方法內(nèi)聯(lián)：去除方法調(diào)用的成本（建立棧幀等）；可以便于在更大范圍內(nèi)采取后續(xù)的優(yōu)化手段。

冗余訪問消除：

復(fù)寫傳播

無(wú)用代碼消除

公共子表達(dá)式消除：如果表達(dá)式E已計(jì)算過，且E中所有變量值未發(fā)生變化，那就直接用已計(jì)算過的代替

數(shù)組范圍檢查消除：如果編譯器只要通過數(shù)據(jù)流分析就可以判定循環(huán)變量的取值范圍在區(qū)間內(nèi)，那在整個(gè)循環(huán)中可以把數(shù)組的上下界檢查消除，可以節(jié)省很多次的條件判斷操作

逃逸分析：分析對(duì)象動(dòng)態(tài)作用域：當(dāng)一個(gè)對(duì)象在方法中被定義后，它可能被外部方法所引用，例如作為調(diào)用參數(shù)傳遞到方法中，稱為方法逃逸，還有可能被外部線程訪問到，稱為線程逃逸。如果確認(rèn)無(wú)法逃逸，可以進(jìn)行一些高效優(yōu)化：棧上分配、同步消除、標(biāo)量替換。

1.Java內(nèi)存模型

Java內(nèi)存模型規(guī)定了所有的變量都存儲(chǔ)在主內(nèi)存中（虛擬機(jī)內(nèi)存一部分）。每條線程還有自己的工作內(nèi)存，線程的工作內(nèi)存中保存了該線程使用到的變量的主內(nèi)存的副本拷貝，線程對(duì)變量的所有操作都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行，而不能直接讀寫主內(nèi)存中的變量。不同的線程之間也無(wú)法直接訪問對(duì)方工作內(nèi)存中的變量，線程變量值的傳遞均需要通過主內(nèi)存來(lái)完成。

內(nèi)存交互：lock、unlock、read、load、use、assign、store、write。

volatile：
volatile變量?jī)煞N特性：第一是保證此變量對(duì)所有線程的可見性，可見性是指當(dāng)一條線程修改了這個(gè)變量的值，新值對(duì)于其他線程立即可知。第二是禁止指令重排序優(yōu)化。
volatile使用場(chǎng)景：運(yùn)算結(jié)果并不依賴變量的當(dāng)前值，或者能夠確保只有單一的線程修改變量的值；變量不需要與其他的狀態(tài)變量共同參與不變約束。

原子性、可見性、有序性

先行發(fā)生原則：先行發(fā)生是Java內(nèi)存模型中定義的兩項(xiàng)操作之間的偏序關(guān)系，如果說(shuō)操作A先行發(fā)生于操作B，其實(shí)就是在發(fā)生操作B之前，操作A產(chǎn)生的影響能被操作B觀察到：程序次序規(guī)則、監(jiān)視器鎖規(guī)則、volatile變量規(guī)則。時(shí)間先后順序與先行發(fā)生原則之間基本沒有太大關(guān)系。

2.Java與線程

實(shí)現(xiàn)線程主要有3種方式：使用內(nèi)核線程實(shí)現(xiàn)、使用用戶線程實(shí)現(xiàn)和使用用戶線程加輕量級(jí)進(jìn)程混合實(shí)現(xiàn)。Java采用一對(duì)一線程模型。

Java線程調(diào)度：線程調(diào)度是指系統(tǒng)為線程分配處理器使用權(quán)的過程，分別是協(xié)同式線程調(diào)度和搶占式線程調(diào)度。

線程狀態(tài)：新建、運(yùn)行、無(wú)限期等待、限期等待、阻塞、結(jié)束。

1.線程安全
Java中各種操作共享的數(shù)據(jù)分為以下5類：不可變、絕對(duì)線程安全、相對(duì)線程安全、線程兼容、線程對(duì)立。

線程安全的實(shí)現(xiàn)方法：互斥同步、非阻塞同步、無(wú)同步方案。

2.鎖優(yōu)化
自旋鎖和自適應(yīng)自旋、鎖消除、鎖粗化、輕量級(jí)鎖、偏向鎖。

第五章、第九章、第十章的插入式注解處理器等實(shí)例分析需要重點(diǎn)看一下。