一、JVM 内存区域划分
1.1 为什么要划分？
操作系统中有原生的栈、堆等，都在进程地址空间中存在，但是要实现Code once, run everywhere就要虚拟出一套统一的标准，而 JVM作为虚拟机，也虚拟出了一套类似的结构，屏蔽了原生操作系统结构。
JVM 本质上是一个 C++ 写出来的操作系统中的进程，本质上和下面的 C++ 代码编译出的可执行文件没有区别
#include<iostream>intmain(){std::cout<<"Hello World"<<std::endl;return0;}而我们谈的内存区域，本质上是 JVM 进程申请的一块空间；而在这块空间中划分出的区域，就是 JVM 为了模拟原生操作系统并加以管理而创建的概念，主要包括:
- **线程私有：**程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈（JVM 中的线程对应操作系统原生的线程）
- **进程内线程共有：**方法区、堆
1.2 怎样划分的
1.2.1 程序计数器
为了满足多线程环境下不同线程代码的有序切换，需要记录当前线程运行到的字节码；可以认为这就是 JVM 虚拟出的 CPU 上的物理硬件 PC寄存器，PC 寄存器保证分时操作系统在切换进程、线程时能够不影响机器码的执行
1.2.2 元数据区
元数据区用来保存加载到内存中的类的信息。我们写的 Java 代码放在 .java 文件中，.java 文件经过 javac 编译，生成字节码（不可直接执行，.class 文件），随后，字节码被加载到内存供给 JVM 运行，这个过程就是类加载
元数据区主要是三个部分方法元信息、类元信息、运行时常量池。所谓的元信息，其实就是属性，对于方法来说，元信息可以是方法名、参数个数、类型、返回值类型等等；对于类来说，可以是类名、访问限定、继承情况、接口情况等等；而运行时常量池，保存着字面量、符号引用、基本类型常量值等
1.2.3 栈
前面提到过，JVM 本质上是一个 C++ 程序，这个程序在运行时必然是由自己的方法调用的，这里使用的栈，就是操作系统原生的栈（进程虚拟地址空间中的），这些栈中有一个，就进行了构建虚拟机栈的工作，申请了一块空间并进行划分，作为执行字节码时，供给方法调用使用的栈
在执行 java 代码时，有时会调用 C++ 方法，这时使用的栈也是操作系统原生的栈，叫做本地方法栈
总之，本地方法栈和虚拟机栈在概念上是相似的，但是实际上是两个不同的东西：前者对应到操作系统原生的栈，后者是申请空间构建出的逻辑栈
关于如何构建的，在 Linux 下，为了优化read、write 这两个系统调用而提供了 mmap，这里 JVM 的虚拟机栈，就是通过 mmap 实现的。
都从页缓存没有目标内容的最坏情况考虑：read 流程是磁盘 -> 内核页缓存 -> 用户读缓冲区，其中涉及到两次拷贝，有了 mmap，我们可以通过进程独占的页表把页缓存映射到进程的地址空间中，这样读就可以直接从内核页缓存的相应位置读了，减少一次拷贝；write 流程是用户写缓冲区 -> 内核页缓存 -> 磁盘（落盘有操作系统自己执行，不属于 write 的范畴），有了 mmap 之后，程序就可以直接写内核页缓存的相应位置，减少第一次的用户 -> 内核的拷贝
1.2.4 堆
一个变量如果是局部变量，那么在栈中保存；是成员变量，在堆中保存；是静态变量，就保存在元数据区
堆是 JVM 内存划分中最大的部分，当堆上的对象不再使用了，就会被释放掉，至于怎么判定这个不再使用，怎么释放，就是后面垃圾回收中的内容了
二、类加载
Java 的类加载主要注意两个方面，一个是类加载的流程，另一个是双亲委派模型
2.1 类加载流程
加载
加载是通过全限定路径名（例如java.lang.Thread）找到对应的.class文件，把文件加载到内存中
校验
.class文件是有格式要求的，这个阶段会校验二进制的.class文件是否符合结构化的格式要求，并将文件内容转化为二进制数据
准备
给对象开辟空间，这里开辟的是全0的、未初始化的空间
解析
字符串常量本身就包含在.class文件中，解析阶段会把这些字符串常量存放到内存中，即元数据区的运行时常量池中
初始化
初始化阶段，主要针对的是静态成员、静态代码块，这个阶段会进行静态成员的显式赋值，并执行静态代码块中对静态成员的操作，在初始化阶段，如果需要对父类进行加载，也会进行父类的类加载
2.2 双亲委派模型
双亲委派模型描述的是类加载在通过全限定类名找到对应的.class文件的过程。在 JVM 中，提供了三种类加载器：
BootstrapClassLoader，负责查找并加载在 Java 标准库中的
.class文件ExtensionClassLoader，负责查找并加载在 Java 扩展库中的
.class文件ApplicationClassLoader，负责查找并加载第三方库/当前应用中的
.class文件
这里的双亲其实描述不是特别恰当，或者说可以直接把一个类加载器视为“双亲”。上面三个类加载器从上到下可以依次类比为爷爷、父亲、儿子，之所以通过这种方式描述，是为了明确.class文件查找并加载的优先级
当进行类加载时，首先会从ApplicationClassLoader开始，把任务委派给ExtensionClassLoader，自己并不查找；ExtensionClassLoader会继续把任务委托给ApplicationClassLoader，自己也不查找。这时ApplicationClassLoader没有人可以委派了，所以自己开始查找任务，查找范围是所有的 Java 标准库中的.class文件，如果找到了完成加载，结束类加载的流程；没有找到，工作流程返回到ExtensionClassLoader，在 Java 扩展库中查找，同样找到了就加载否则工作流程来到ApplicationClassLoader。如果ApplicationClassLoader也没有找到，那么就会抛出异常
三、垃圾回收
3.1 找到垃圾的策略
3.1.1 引用计数
类似 C++ 的std::shared_ptr给每个智能指针对象搭配一个引用计数，标记这个对象还在被多少个对象引用，如果有不再引用的就将这个计数减小，直到为零，释放对象。
这种方法 Python、Php 都在使用，好处是逻辑简单、释放效率也高，坏处是这些“计数”会占用大量的空间，即这种方式采取的策略是用空间换时间
3.1.2 可达性分析
可达性分析是将某些对象作为根节点 GCRoots 去遍历，只要遍历到的对象都标记为“可达的”，否则即“不可达”，不可达的对象都认为是需要释放的对象，可作为 GCRoots 的对象有：
栈上的局部变量（引用类型）
常量池引用指向的的对象
静态成员（引用类型）
比如以下面的代码为例，A、B、C都是我们自定义的类
publicTest{privateclassAa=newA();privateclassBb=newB();privateclassCc=newC();publicstaticvoidmain(){Testt=newTest();System.gc();}}这时，t、a、b、c 都会被认为是可达的。对比引用计数的实现方法，不难发现，可达性分析策略是时间换空间，因为一方面，可达性分析不需要保存大量的引用计数；另一方面，因为需要对大量的对象进行可达性分析，会消耗大量的时间，可能导致 STW（Stop The World）问题。所以 C++ 确实考虑过加入 GC，但就是因为这不可避免地效率问题，所以放弃了
3.2 清理垃圾的策略
3.2.1 基本策略
标记-清除
直接清除被标记为不可达的对象，清除完毕，结束工作。这是几种垃圾清理算法中最简单、快速的，但是缺点也是最大的：会造成大量的内存碎片化问题。虽然操作系统提供了虚拟地址 <-> 物理地址的转化映射，但是作为映射单位的每个页（比如Linux下4kb）还是正常存放的，所以会造成剩余空间的和很大但是连续剩余空间很小的问题
复制算法
复制算法是将整个存放区域分成两部分，每次使用时，都只使用其中一部分。当清除垃圾时，将保留下来的对象全都拷贝到另一个区域，将原区域剩下的对象全部清除，这就是一次垃圾清理。继续存储对象的时候，把新的对象再存储到之前拷贝的区域，以此往复
相对而言，复制算法解决了标记-清除的内存碎片化问题，但是仍然有很大的缺点：
内存利用率低，每次只能使用一部分被分到的存储空间
复制效率低，尤其是在只有一小部分对象需要是释放的情况
标记-整理算法
标记整理算法可以简单类比为顺序表删除中间元素的过程，伴随着部分的元素挪动，最终结果是一段由存活对象构成的连续的存储空间。标记-整理算法可以认为是前面两种方式的结合体，对于各自的缺点都进行了一定的优化，但是仍然具有问题
3.2.2 Java 分代回收的策略
Java 并没有直接采取上面的任何一种，而是通过分代回收的策略
Java 在堆中有四个部分：一个新生代、两个幸存区、一个老年代。同时定义了一个“代”的概念，即年龄，指的是一个对象经历了多少轮 GC。
分代回收的基本思想是：大部分对象是朝生息死的，在很多轮 GC 中仍未被清除的对象，在接下来的 GC 中大概率也不会被清除。当存储对象时，都在新生代中进行存储，进行 GC 时，将存活下来的对象拷贝到两个幸存区中的一个（假设为A），并将另一个幸存区（假设为B）依然幸存的对象，也拷贝到 A 中；接下来进行垃圾清理，清除新生代、幸存区B中的所有对象，这就是一轮 GC。进行下一轮 GC 时，继续上述流程，不过是将 A 中依然幸存的对象和新生代中幸存对象拷贝到 B，再清除 A 和新生代的剩余对象。
每经过一轮仍未被释放的对象，代数都会增大，当到达一定大小时，就会被存放入老年代。对于老年代，扫描清理频率更低，同时根据前面的假说，这里的对象大概率会依然存活，所以“垃圾”也更少，这里的清除策略也常使用标记-整理策略
