摘要：于是這篇博客就針對(duì)虛擬機(jī)的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納。若虛擬機(jī)棧請(qǐng)求擴(kuò)展時(shí)無法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存，則拋出異常。類索引用于確定類的全限定名，父類索引用于確定父類的全限定名。字節(jié)碼指令操作碼長(zhǎng)度為一個(gè)字節(jié)，所以總數(shù)最多不超過條。

Java虛擬機(jī)一直是Java的重難點(diǎn)，一方面由于系統(tǒng)封裝得太好，你平常寫程序的時(shí)候幾乎感覺不到它的存在，另一方面了解必要的Java虛擬機(jī)工作原理才能對(duì)真實(shí)工作環(huán)境下的bug進(jìn)行對(duì)癥下藥，另外虛擬機(jī)這一部分也一直是面試考官愛問的問題。于是這篇博客就針對(duì)Java虛擬機(jī)的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納。

程序計(jì)數(shù)器是當(dāng)前線程執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器，線程私有，獨(dú)立存儲(chǔ)

Java虛擬機(jī)棧是線程私有，與Java的方法執(zhí)行模型有關(guān)，描述Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型:方法執(zhí)行時(shí)創(chuàng)建棧幀用于儲(chǔ)存局部變量表等信息，方法調(diào)用返回對(duì)應(yīng)棧幀再虛擬機(jī)中的入棧出棧。

既然是棧那么深度就是一定的，若線程請(qǐng)求棧深度大于虛擬機(jī)所規(guī)定的深度，則拋出StackOverflowError異常。若虛擬機(jī)棧請(qǐng)求擴(kuò)展時(shí)無法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存，則拋出OOM異常。

就是Native方法所用到的棧，與虛擬機(jī)棧作用類似。

Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，屬于線程共享區(qū)，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。它主要作用是存放對(duì)象實(shí)例和進(jìn)行垃圾收集管理。

方法區(qū)也是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，用于儲(chǔ)存已被虛擬機(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)。

運(yùn)行時(shí)常量池其實(shí)屬于方法區(qū)，它主要用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用，并且具有動(dòng)態(tài)的特點(diǎn)。

檢查指令的參數(shù)能否在常量池中定位到一個(gè)類的符號(hào)引用

檢查是否已經(jīng)加載解析和初始化

從Java堆中劃分內(nèi)存給新生對(duì)象，使用CAS保證分配的原子性

將內(nèi)存空間初始化為零值

對(duì)對(duì)象進(jìn)行設(shè)置，存放在對(duì)象頭中

執(zhí)行方法，按照程序員的意愿進(jìn)行初始化

指針碰撞

若Java堆中的內(nèi)存都是規(guī)整的，用過的內(nèi)存都在左邊，沒用過的都在右邊，中間指針指向臨界點(diǎn)，分配內(nèi)存就很簡(jiǎn)單，只用把指針往右移動(dòng)和待分配對(duì)象一樣的內(nèi)存區(qū)域就行了。

空閑列表

如果內(nèi)存不是規(guī)整的，用過的和沒用過的內(nèi)存交錯(cuò)在一起，就不能使用指針碰撞了，需要維護(hù)一個(gè)列表記錄可用的內(nèi)存塊，分配內(nèi)存時(shí)就從列表中找一塊足夠大的內(nèi)存記錄下來。

儲(chǔ)存對(duì)象自身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，eg：哈希碼，GC分代年齡，鎖狀態(tài)標(biāo)志等。還有類型指針指向它的類元數(shù)據(jù)的指針，通過這個(gè)指針確定這個(gè)對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例。若是Java數(shù)組則對(duì)象頭還有一塊記錄數(shù)組長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。

程序代碼中所定義的各種類型的字段內(nèi)容，相同寬度的字段分配到一起

虛擬機(jī)通過棧上的reference數(shù)據(jù)來操作堆上的具體對(duì)象。

使用句柄

包含對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自的地址信息，reference中儲(chǔ)存的就是對(duì)象的句柄地址。句柄地址穩(wěn)定，對(duì)象移動(dòng)時(shí)只改變句柄中的實(shí)例數(shù)據(jù)指針，reference本身不修改。

直接指針

reference中儲(chǔ)存的就是對(duì)象地址，速度更快

給對(duì)象添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，有一個(gè)地方引用它時(shí)，計(jì)數(shù)器值就加一，引用失效時(shí)就減一，任何時(shí)刻計(jì)數(shù)值為0的對(duì)象就死了。這個(gè)算法雖然簡(jiǎn)單但是有一個(gè)致命的缺點(diǎn)就是無法解決對(duì)象之間相互循環(huán)引用的關(guān)系?？蛇_(dá)性分析算法應(yīng)運(yùn)而生。

GC Roots作為起點(diǎn)向下搜索，若一個(gè)對(duì)象到GC Roots沒有引用鏈的話，則證明此對(duì)象不可用，可以回收。搜索的對(duì)象有：

虛擬機(jī)棧中引用的對(duì)象

方法區(qū)中靜態(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Native 方法引用的對(duì)象

對(duì)象在沒有引用鏈通往GC Roots時(shí)，需要經(jīng)過兩次標(biāo)記才能真正死亡。

對(duì)象在進(jìn)行可達(dá)性分析后如果沒有與GC Roots相連接的引用鏈，會(huì)被第一次標(biāo)記并篩選，若對(duì)象沒有覆蓋finalize方法或者已經(jīng)調(diào)用過了則不會(huì)調(diào)用finalize。如果需要調(diào)用finalize方法，則對(duì)象被放在F-Queue隊(duì)列中，等待線程執(zhí)行。

對(duì)象如果想存活下去，finalize方法是最后的機(jī)會(huì)，否則GC對(duì)F-Queue隊(duì)列進(jìn)行第二次標(biāo)記后對(duì)象真正死亡。

首先標(biāo)記出所有需要回收的對(duì)象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收，缺點(diǎn)是效率低下而且產(chǎn)生大量的內(nèi)存碎片。

將內(nèi)存劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊，當(dāng)這一塊的內(nèi)存用完了，就將還存活的對(duì)象復(fù)制到另外一塊上面，然后把已經(jīng)使用的內(nèi)存空間一次清理掉。缺點(diǎn)是將內(nèi)存縮小為了原來的一半，代價(jià)較高，對(duì)象存活率較高時(shí)效率低。

HotSpot實(shí)際使用（回收新生代）則是將內(nèi)存劃分為較大的Eden區(qū)和兩塊較小的Survivor區(qū)，一塊Eden區(qū)和一塊Survivor區(qū)大小比例為8:1，垃圾回收時(shí)就將Eden區(qū)和已使用的Survivor區(qū)中還存活的對(duì)象移到另一塊Survivor區(qū)中，由于根據(jù)統(tǒng)計(jì)，98%的對(duì)象都是很快死亡的，所以按照8:1:1的比例來劃分內(nèi)存明顯比1:1劃分內(nèi)存效率要高很多。

標(biāo)記出需要回收的對(duì)象，然后讓所有存活的對(duì)象都向一段移動(dòng)，將另一端的內(nèi)存區(qū)域清除掉。

根據(jù)新生代和老年代的不同特點(diǎn)選擇不同的算法，新生代使用復(fù)制算法，老年代使用標(biāo)記清楚或標(biāo)記整理算法，虛擬機(jī)實(shí)際使用這種算法。

Monior GC，新生代GC，指發(fā)生在新生代的垃圾收集動(dòng)作，因?yàn)镴ava對(duì)象大多都具備朝生夕滅的特點(diǎn)，所以Monior GC很頻繁，速度也很快

Major GC/Full GC，老年代GC，指發(fā)生在老年代的垃圾回收動(dòng)作，一般比Monior GC慢十倍以上。

大對(duì)象指需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的Java對(duì)象，如很長(zhǎng)的字符串以及數(shù)組。直接進(jìn)入老年代避免頻繁的GC活動(dòng)。

對(duì)象在新生代區(qū)域每熬過一次Minor GC，年齡就增加一歲（Age Count），超過15歲（默認(rèn)），就會(huì)被晉升到老年代中。

如果相同年齡的對(duì)象所占內(nèi)存大于Survivor空間的一半，年齡大于等于該年齡的對(duì)象就可以直接進(jìn)入老年代。

一組以八位字節(jié)為基礎(chǔ)的二進(jìn)制流，各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)目嚴(yán)格按照順序緊湊地排列在Class文件之中，中間沒有任何分隔符。

無符號(hào)數(shù)，用來描述數(shù)字，索引引用，數(shù)量值或UTF-8編碼的字符串

表，多個(gè)無符號(hào)數(shù)+表=表，_info結(jié)尾，Class實(shí)際上就是一張表

每個(gè)Class文件的頭4個(gè)字節(jié)，確定這個(gè)文件是否為一個(gè)能被虛擬機(jī)接受的Class文件。class文件的魔數(shù)是0XCAFEBABE。

緊跟魔數(shù)的四個(gè)字節(jié)確定版本號(hào)：5，6字節(jié)為次版本號(hào)，7，8字節(jié)為主版本號(hào)。jdk向下兼容，不向上兼容。

緊隨主次版本號(hào)之后包含：

字面量文本字符串，申明為final的常量值。

符號(hào)引用

類和接口的全限定名

字段的名稱和描述符

方法的名稱和描述符

動(dòng)態(tài)連接各個(gè)字段的內(nèi)存信息，從常量池中獲得對(duì)應(yīng)的讀出引用，再在類創(chuàng)建時(shí)或運(yùn)行解析翻譯到具體的內(nèi)存地址之中。

每一項(xiàng)常量都是一個(gè)表，每個(gè)表的第一位都是一個(gè)是一個(gè)u1類型的標(biāo)志位，代表這個(gè)常量屬于哪種常量類型。

緊隨常量池后面，兩個(gè)字節(jié)代表訪問標(biāo)志，標(biāo)識(shí)類或接口的訪問信息。如這個(gè)Class是類還是接口，public類型等。

除了接口索引是集合外，其他索引都只有一個(gè)，用這三個(gè)索引確定類的繼承關(guān)系。類索引用于確定類的全限定名，父類索引用于確定父類的全限定名。

用于描述類或接口中聲明的變量，字段包括類級(jí)變量和實(shí)例級(jí)變量，不包括方法中聲明的局部變量，描述字段的屬性如public，static，final等用一個(gè)布爾變量表示，剛好使用一個(gè)標(biāo)志位，通過引用常量池中的常量來確定。

與字段表相似。

Class文件，字段表，方法表都可以攜帶自己的屬性表集合，用于描述某些場(chǎng)景專有的信息。

操作碼長(zhǎng)度為一個(gè)字節(jié)，所以總數(shù)最多不超過256條。