浅谈JVM（1）

一、JVM的内存模型

JDK 1.8 中，JVM的内存模型主要分为五个部分：堆、原空间、虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器 。
JVM的内存模型图
这几个部分可以分成线程共享 和线程私有 两类，线程共享的内存可以供所有线程共同使用且访问；线程私有的内存则会随着线程的创建而分配，随着线程的销毁而回收。

线程共享
- 堆 (Heap)：
  堆是JVM中最大的一块内存，在JVM启动的时候创建，专门用来存放数组和对象实例 。堆中还包含了字符串常量池 ，用于存储字符串字面量和常量。
  从内存回收的角度，堆中又分为新生代（占1/3）和老年代（占2/3），新生代又分为1个Eden区 和2个Survivor区 （From & To）。
  当堆中没有内存分配给对象实例 ，并且堆再也无法拓展内存 的时候，就会出现OOM异常 （OutOfMemoryError）。
- 元空间 (MetaSpace)：
  元空间用来存储类元信息 、常量、方法字节码 等。元空间包含运行时常量池 ，用于存储编译时期生成的各种字面量和符号引用。
  在JDK 1.7及之前，元空间被称为方法区 ，并且它的内存分配在JVM内部；在JDK 1.8之后，元空间在本地内存 中分配。
  元空间可以不实现垃圾收集，内存不足 时会抛出OOM异常。
线程私有
- 虚拟机栈
  每个线程都会有一个虚拟机栈，生命周期与线程相同 。
  它存储方法调用产生的栈帧，包括局部变量 、操作数栈 、方法返回地址 等。
  递归层数过多时可能会产生StackOverflowError ，空间不足时会产生OOM异常 。
- 本地方法栈
  与虚拟机栈类似，专门用于存储本地方法 （Native Method）的调用信息。
  可能会抛出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 。
- 程序计数器
  用于存储当前线程正在执行的字节码指令地址 ，如果是Native方法，则计数器值为null 。
  是JVM中最小的一块内存区域，不会出现OOM 。

二、对象创建过程

在Java中创建对象主要分为五步：

类加载检查
当虚拟机遇到new指令时，会检查这个指令的参数是否能在常量池 中找到对到一个类的符号引用 ，并且检查这个类是否被加载、解析和初始化过 。如果没有，则会执行相应的类加载过程。
内存分配
JVM会为对象分配内存空间。对象的所需内存大小在类加载过程中就可以确定，因此分配内存就是在虚拟机划定一块连续的空间，主要有两种方式：
- 指针碰撞：如果堆中的空闲内存是规整的 （空闲的内存都紧密排列），JVM就会通过移动指针 来分配内存。
- 空闲列表：如果堆中的空闲内存是碎片化的 ，JVM就会维护一个空闲列表，记录可用的内存块，并分配合适的区域。
零值初始化
分配完空间之后，JVM会对分配的内存进行初始化，将所有的字段都设为零值（引用值为null，boolean为false，数字为0）。这一步保证了对象的字段赋值之前 具有默认值，避免未初始化的变量被访问 。
设置对象头
对象头包括Mark Word 、klass pointer 、数组长度 等。Mark Word用于存储对象的哈希码 、分代GC年龄、锁的占有情况 等。klass pointer指向对象所属类的元数据的地址 。
执行构造方法
用方法来进行对象的初始化。构造方法会根据代码逻辑对对象进行赋值 ，同时调用父类的构造方法完成继承链的初始化 。

三、类加载过程

JVM进行类加载的过程主要分5步：加载、链接（验证、准备、解析）、初始化 、使用、卸载。
类加载过程

加载
加载过程也分为三步：
- 首先会根据被加载类的全限定名称 （包名、类名）去获取相应的.class文件的二进制字节流
- 然后会将二进制文件中的静态数据结构转化成方法区（元空间）的运行时数据结构，即将类的元信息 （字段、方法、父类等）加载到方法区
- 最后会在堆中创建一个Class类的对象 ，作为改类的访问入口，也可以供反射调用
验证
验证需要验证四个方面：
- 文件格式：验证字节码文件 符合.class文件的格式规范
- 类元信息：验证该类的元信息是否符合语法要求，如是否继承了final修饰的类 、父类是否存在 等
- 字节码：验证字节码指令是否符合语法要求，如访问越界 、类型转化错误 等
- 符号引用：验证符号引用 是否能转化为直接引用
准备
JVM会为该类的静态变量开辟内存空间，并赋上零值 。
解析
将类中符号引用 转化成直接引用 。
初始化
JVM会为类中的静态变量赋上具体的值，同时执行静态代码块中的内容。
使用
使用类或者对象。
卸载
类的卸载非常苛刻，需要同时满足三个条件：
- 该类的所有实例 都已经被回收
- 该类的类加载器 也被回收
- 该类的java.lang.Class对象没有被引用