学习扔物线进阶视频课程笔记。深入理解JVM。

字节码class结构

class文件中只存在无符号数和表两种基本数据结构，由无符号数和表组成class中的各个结构，这些结构按照预先规定好的顺序紧密排序，如下图所示。

每个结构占据多少空间参考下图：

基本结构

无符号数：以u1、u2、u4、u8来表示1个字节到8个字节，可以用来描述数字、索引引用、数据长度等

表：由多个无符号数或者其他表作为数据项构成的符合数据类型，所有表都以“_info”结尾。

结构介绍

魔数：是class文件开头的四个字节，固定值0xCAFEBABE（cafe babe），是class文件的标识
版本号：分为主版本和次版本
常量池：常量池大小描述了常量的数量，常量池表示了具体的常量。注意这里常量的概念和java代码中static final修饰的常量不同，这里的常量是指类中的各种相关信息，比如类名称，方法名称，参数名称等都会保存在常量池，这些信息都以表的形式保存在常量池中
访问标志：描述类或者接口的访问信息，比如该class文件时类还是接口，是否public，是否abstruct，是否final等；
类索引：描述类名称，父类和实现的接口
字段集合：描述类中申明的全局变量
方法集合：描述类中声明的方法

CONSTANT_Utf8_info

java代码中的String在class文件中的存储格式是CONSTANT_Utf8_info表，结构如下：

table CONSTANT_Utf8_info {
    u1  tag;
    u2  length;
    u1[] bytes;
}

可以看到长度使用的u2修饰，所以字符串的最大长度为2^16=65536，实际长度限制为最大65534

JVM运行时数据区域


JVM运行时数据区域如上图所示，主要包含5部分，其中所有线程共享的区域为堆和方法区，每个线程私有的区域为虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器。

堆和方法区

堆：Java堆（Heap）是JVM管理的内存中最大的一块，用于存放对象实例，几乎所有对象的实例都在堆里面分配，因此也是垃圾回收的主要区域，因此也叫GC堆。

方法区：主要用来存储已经被JVM加载的类信息、常量、静态变量等数据。

栈和程序计数器

程序计数器：Java程序是多线程的，CPU可以在多个线程间分配时间片段，当某个线程被CPU挂起时，需要记录代码已经执行到的位置，方便CPU重新执行此线程时，知道从哪个指令开始执行。这就是程序计数器的作用。其他说明：1.Java虚拟机规范中，对程序计数器这一区域没有规定任何OOM的情况；2.是线程私有的，生命周期跟随线程的生命周期；3.当一个线程正在执行一个Java方法时，这个程序计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址，如果执行的是native方法，计数器值为空。

虚拟机栈：用于存储执行Java方法时的局部变量、操作数栈、方法返回值等信息。Java虚拟机规范对这区域规定了两种异常：1.StackOverFlowError，当线程请求栈深度超出虚拟机栈锁允许的深度时抛出；2.OutOfMemoryError，当Java虚拟机动态扩展到无法申请足够内存时抛出。

本地方法栈：作用和虚拟机栈类似，虚拟机栈针对Java方法，本地方法栈针对native方法。

垃圾回收

没有用的对象就是垃圾，垃圾回收就是要找到没有用的对象，将他占用的内存回收。

判断垃圾的算法：

引用计数法：当有循环引用时，计数器永远不会为0，导致不会被回收

可达性分析：从GC Roots作为起点进行搜索，可达的对象是存活的，不可达对象是可以被回收的。
以下几种对象可以作为GC Roots：

  1. 虚拟机栈中局部变量表引用的对象；
  2. 本地方法栈中JNI引用的对象；
  3. 方法区中静态属性引用的对象
  4. 方法区中常量引用的对象

垃圾收集算法

标记-清除：将垃圾对象标记，回收内存。缺点：会产生大量不连续的内存碎片
标记-整理：将所有存活对象向一端移动，回收边界外的内存。缺点：需要移动大量对象，处理效率低
复制：将内存划分为相等的两块，一块使用完后，将存活对象复制到另外一块。缺点：内存只能使用一半
分代回收：根据对象存活时间分类，使用不同算法处理。

分代回收

JVM将堆里面的对象分类，分为新生代和老年代，然后再将新生代划分为一个Eden区域和两个Servivor，大小比例8:1:1。当需要给对象分配内存时，先在Eden区域分配，如果空间不足时，触发Minor GC，将Eden区域和servivor from中的存活对象复制到servivor to区域。大对象和长期存活对象会进入老年代，当老年代的空间也不足时，会触发Major GC，将整个堆里面的垃圾对象都进行回收。