JVM笔记
基于栈的虚拟机
大多数是HotSpot，通过java -version 可以看到，HotSpot VM 是基于栈的一种虚拟机
JVM组成部分
程序计数器
程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
字节码解释器通过改变程序计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要该计数器来完成。
程序计数器是线程私有的，每个线程都拥有一个独立的程序计数器，各个线程之间的计数器互不影响，独立存储。
堆
堆（Java Heap）是虚拟机所管理的最大一块内存空间，它被所有线程所共享，用于存放对象实例。
Java 堆可以处于物理上不连续的内存空间中，但在逻辑上它应该被视为是连续的。Java 堆可以被实现成固定大小的，也可以是可扩展的。
当前大多数主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的，即可以通过最大值参数 -Xmx 和最小值参数 -Xms 进行设定。
如果 Java 堆中没有足够的内存来完成对象实例分配，并且堆也无法再扩展时，Java 虚拟机将会抛出 OutOfMemoryError 异常。
java8后的堆组成：年轻代+老年代
年轻代：Eden区和两个大小严格相等的Survivor区。
老年代：主要保存生命周期长的对象，一般是一些老的对象。
虚拟机栈
虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）也是线程私有，它描述的是 Java 方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候，Java 虚拟机都会同步创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。
方法从调用到结束就对应着一个栈帧从入栈到出栈的过程。在《Java 虚拟机规范》中，对该内存区域规定了两类异常：
如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的栈深度，将抛出
StackOverflowError异常；如果 Java 虚拟机栈的容量允许动态扩展，当栈扩展时如果无法申请到足够的内存会抛出
OutOfMemoryError异常。
栈帧弹栈以后，内存会自动释放。
默认的栈内存通常为1024k，栈帧过大会导致线程数变少，例如，机器总内存为512m，目前能活动的线程数则为512个，如果把栈内存改为2048k，那么能活动的栈帧就会减半
方法区
JDK 8 以后的方法区实现已经不再是永久代（Permanent Generation）了，而是使用元空间（Metaspace）来实现。
概念：
方法区(Method Area)是各个线程共享的内存区域
主要存储类的信息、运行时常量池
虚拟机启动的时候创建，关闭虚拟机时释放
如果方法区域中的内存无法满足分配请求（元空间内存大小一般是无上限的），则会抛出OutOfMemoryError: Metaspace
常量池
可以看作是一张表，虚拟机指令根据这张常量表找到要执行的类名、方法名、参数类型、字面量等信息
查看字节码结构（类的基本信息、常量池、方法定义）javap -v xx.class
public class Application {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("hello world");
}
}找到类对应的class文件存放目录，执行命令：javap -v Application.class 查看字节码结构
D:\code\jvm-demo\target\classes\com\heima\jvm>javap -v Application.class
Classfile /D:/code/jvm-demo/target/classes/com/heima/jvm/Application.class
Last modified 2023-05-07; size 564 bytes //最后修改的时间
MD5 checksum c1b64ed6491b9a16c2baab5061c64f88 //签名
Compiled from "Application.java" //从哪个源码编译
public class com.heima.jvm.Application //包名，类名
minor version: 0
major version: 52 //jdk版本，java8
flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER //修饰符
Constant pool: //常量池
#1 = Methodref #6.#20 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = Fieldref #21.#22 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
#3 = String #23 // hello world
#4 = Methodref #24.#25 // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
#5 = Class #26 // com/heima/jvm/Application
#6 = Class #27 // java/lang/Object
#7 = Utf8 <init>
#8 = Utf8 ()V
#9 = Utf8 Code
#10 = Utf8 LineNumberTable
#11 = Utf8 LocalVariableTable
#12 = Utf8 this
#13 = Utf8 Lcom/heima/jvm/Application;
#14 = Utf8 main
#15 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V
#16 = Utf8 args
#17 = Utf8 [Ljava/lang/String;
#18 = Utf8 SourceFile
#19 = Utf8 Application.java
#20 = NameAndType #7:#8 // "<init>":()V
#21 = Class #28 // java/lang/System
#22 = NameAndType #29:#30 // out:Ljava/io/PrintStream;
#23 = Utf8 hello world
#24 = Class #31 // java/io/PrintStream
#25 = NameAndType #32:#33 // println:(Ljava/lang/String;)V
#26 = Utf8 com/heima/jvm/Application
#27 = Utf8 java/lang/Object
#28 = Utf8 java/lang/System
#29 = Utf8 out
#30 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;
#31 = Utf8 java/io/PrintStream
#32 = Utf8 println
#33 = Utf8 (Ljava/lang/String;)V
{
public com.heima.jvm.Application(); //构造方法
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
LineNumberTable:
line 3: 0
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 5 0 this Lcom/heima/jvm/Application;
public static void main(java.lang.String[]); //main方法
descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
Code:
stack=2, locals=1, args_size=1
0: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
3: ldc #3 // String hello world
5: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
8: return
LineNumberTable:
line 7: 0
line 8: 8
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 9 0 args [Ljava/lang/String;
}
SourceFile: "Application.java"
运行时常量池
常量池是 *.class 文件中的，当该类被加载，它的常量池信息就会放入运行时常量池，并把里面的符号地址变为真实地址
运行时常量池（Runtime Constant Pool）也是方法区的一部分，用于存放常量池表（Constant Pool Table），常量池表中存放了编译期生成的各种符号字面量和符号引用。
类加载器
JVM只会运行二进制文件，而类加载器（ClassLoader）的主要作用就是将字节码文件加载到JVM中，从而让Java程序能够启动起来。现有的类加载器基本上都是java.lang.ClassLoader的子类，该类的只要职责就是用于将指定的类找到或生成对应的字节码文件，同时类加载器还会负责加载程序所需要的资源
类加载器种类
类加载器根据各自加载范围的不同，划分为四种类加载器：
启动类加载器(BootStrap ClassLoader)：
该类并不继承ClassLoader类，其是由C++编写实现。用于加载JAVA_HOME/jre/lib目录下的类库。
扩展类加载器(ExtClassLoader)：
该类是ClassLoader的子类，主要加载JAVA_HOME/jre/lib/ext目录中的类库。
应用类加载器(AppClassLoader)：
该类是ClassLoader的子类，主要用于加载classPath下的类，也就是加载开发者自己编写的Java类。
自定义类加载器：
开发者自定义类继承ClassLoader，实现自定义类加载规则。
双亲委派模型
当一个类加载器在接到加载类的请求时，它首先不会自己尝试去加载这个类，而是把这个请求任务委托给父类加载器去完成，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就返回成功；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才由下一级去加载。
JVM为什么采用双亲委派机制
（1）通过双亲委派机制可以避免某一个类被重复加载，当父类已经加载后则无需重复加载，保证唯一性。
（2）为了安全，保证类库API不会被修改
类装载的执行过程
1.加载
JVM 在该阶段的目的是将字节码从不同的数据源（可能是 class 文件、也可能是 jar 包，甚至网络）转化为二进制字节流加载到内存中，并生成一个代表该类的 java.lang.Class 对象
2.验证
JVM 会在该阶段对二进制字节流进行校验，只有符合 JVM 字节码规范的才能被 JVM 正确执行。该阶段是保证 JVM 安全的重要屏障，下面是一些主要的检查。
确保二进制字节流格式符合预期（比如说是否以
cafe bene开头，前面提到过）。是否所有方法都遵守访问控制关键字的限定，protected、private 那些。
方法调用的参数个数和类型是否正确。
确保变量在使用之前被正确初始化了。
检查变量是否被赋予恰当类型的值。
3.准备
为类变量分配内存并设置类变量初始值
JVM 会在该阶段对类变量（也称为静态变量，static 关键字修饰的）分配内存并初始化，对应数据类型的默认初始值，如 0、0L、null、false 等。
public String a = "aaa";
public static String b = "bbb";
public static final String c = "ccc";a不会被分配内存
b会被分配内存，但是初始值是null而不是bbb
static final修饰的变量被称作为常量，和类变量不同，常量一旦赋值就不会改变了，所以 c 在准备阶段的值为“ccc”而不是null。
4.解析
把类中的符号引用转换为直接引用
比如：方法中调用了其他方法，方法名可以理解为符号引用，而直接引用就是使用指针直接指向方法。
5.初始化
对类的静态变量，静态代码块执行初始化操作
如果初始化一个类的时候，其父类尚未初始化，则优先初始化其父类。
如果同时包含多个静态变量和静态代码块，则按照自上而下的顺序依次执行。
比方说：
String abc = new String("abc");上面这段代码使用了 new 关键字来实例化一个字符串对象，那么这时候，就会调用 String 类的构造方法对 abc进行实例化。
public String(String original) {
this.value = original.value;
this.hash = original.hash;
}6.使用
JVM 开始从入口方法开始执行用户的程序代码
调用静态类成员信息（比如：静态字段、静态方法）
使用new关键字为其创建对象实例
7.卸载
当用户程序代码执行完毕后，JVM 便开始销毁创建的 Class 对象，最后负责运行的 JVM 也退出内存