类加载的过程：加载->连接（验证，准备，解析）->初始化->使用->卸载

加载：查找并加载类文件的二进制数据

连接：将已经读入内存的类的二进制数据合并到JVM运行时环境中去，包含以下几个步骤：1）验证：确保被加载的类的正确性 2）准备：为类的静态变量分配内存并初始化他们 3）解析：把常量池中的符号引用转换成直接引用

初始化：为类的静态变量赋初始值

类加载要完成的功能

1.通过类的全限定名来获取该类的二进制字节流

2.把二进制字节流转化为方法区的运行时数据结构

3.在堆上创建一个java.lang.Class对象（对象.getClass()），用来封装类在方法区内的数据结构，并向外提供了访问方法区内数据结构的接口

加载类的方式

1.最常见的方式：本地文件系统中加载，从jar等归档文件中加载

2.动态的方式：将java源文件动态编译成class

3.其他方式：网络下载，从专有数据库中加载等等

类加载器

java虚拟机自带的加载器包括以下几种：

1.启动类加载器BootstrapClassLoader

2.扩展类加载器ExtensionClassLoader  (jdk9之后是平台类加载器PlatformClassLoader)

3.应用程序类加载器AppClassLoader (我们写的类就是它来加载的)

4.用户自定义的加载器，是java.lang.ClassLoader的子类，用户可以定制类的加载方式，自定义类加载器的加载顺序是在所有系统类加载器的后面

类加载器的关系

类加载器说明

1.启动类加载器：用于加载启动的基础模块类，比如：java.base ,java.management ,java.xml等等。启动类加载器不允许被改变和使用，String.getClass().getClassLoader()=null,返回的是null

2.平台类加载器：用于加载一些平台相关的模块，比如：java.scripting ,java.compiler* ,java.corba* 等等

3.应用程序类加载器：用于加载应用级别的模块，比如：jdk.compiler ,jdk.jartool ,jdk.jshell等等，还加载classpath路径中的所有类库 

4.java程序不能直接引用启动类加载器，直接设置classLoader为null，默认就使用启动类加载器

5.类加载器并不需要等到某个类“首次主动使用”的时候才加载它，jvm规范允许类加载器在预料到某个类将要被使用的时候就预先加载它

6.如果在加载的时候.class文件缺失，会在该类首次主动使用时报LinkageError错误，如果一直没被使用就不会报错

双亲委派模型

JVM中的ClassLoader通常采用双亲委派模型，要求除了启动类加载器外，其余的类加载器都要有父级加载器。这里的父子关系是组合而不是继承,工作过程如下：

1.一个类加载器收到类加载请求后，首先搜索它的内建加载器定义的所有“具名模块”

2.如果找到了合适的模块定义，将会使用该加载器来加载

3.如果class没有在这些加载器定义的具名模块中找到，那么将会委托给父级加载器，直到启动类加载器

4.如果父级加载器也不能完成加载请求，比如在它的搜索路径下找不到这个类，那么子类加载器才来加载

5.在类路径下找到的类将成为这些加载器的无名模块

双亲委派模型说明

1.双亲委派模型对于保证java程序的稳定运行很重要

  ①避免同样的字节码重复加载

  ②出于安全性考虑,防止javaAPI中的类被随意替换

2.实现双亲委派的代码在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法中，如果自定义类加载器的话，推荐覆盖实现findClass()方法

3.如果有一个类加载器能加载某个类，称为定义类加载器，所有能成功返回该类的Class的类加载器都被称为初始类加载器

4.如果没有指定父加载器，默认就是启动类加载器

5.每个类加载器都有自己的命名空间，命名空间由该加载器及其所有父加载器所加载的类构成，不同的命名空间，可以出现类的全限定名相同的情况

6.运行时包由同一个类加载器的类构成，决定两个类是否属于同一个运行时包，不仅要看全限定名是否一样，还要看定义类加载器是否相同。只有属于同一个运行时包的类才能实现相互包内可见

破坏双亲委派模型

1.双亲委派模型有个问题：父加载器无法向下识别子加载器加载的资源

2.为了解决这个问题，引入了线程上下文类加载器，可以通过Thread的setContentClassLoader()进行设置

java.sql.DriverManager源码

3.另外一种典型的情况就是实现热替换，比如OSGI的模块化热部署，它的类加载器就不是严格按照双亲委派模型，可能在平级的类加载器中执行了

类连接主要验证的内容

1.类文件结构检查：按照JVM规范规定的类文件结构进行

2.元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析，保证其符合java语言规范要求

3.字节码验证：通过对数据流和控制流进行分析，确保程序语义是合法和符合逻辑的。这里主要对方法体进行校验

4.符号引用验证：对类自身以外的信息，也就是常量池中的各种符号引用，进行匹配校验

类连接中的解析

所谓解析就是把常量池中的符号引用转换成直接引用发的过程

符号引用：以一组无歧义的符号来描述所引用的目标，与虚拟机的实现无关

直接引用：直接指向目标的指针、相对偏移量、或是能间接定位到目标的句柄，和虚拟机的实现相关

主要针对：类、接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄、调用点限定符

类的初始化

类的初始化就是为类的静态变量赋初始值，或者说是执行类构造器<init>方法的过程 （不是实例构造器方法）

1)如果类还没有加载和连接，就先加载和连接

2)如果类存在父类，且父类没有初始化，就先初始化父类

3)如果类中存在初始化语句，就依次执行这些初始化语句

4)如果是接口：

                   a.初始化一个类的时候，并不会先初始化它实现的接口

                   b.初始化一个接口时，并不会初始化它的父接口

                   c.只有当程序首次使用接口里面的变量或者调用接口的方法时，才会初始化接口

5)调用ClassLoader类的loadClass方法来加载类的时候，并不会初始化这个类，加载类不是对类的主动使用

类的初始化时机

java程序对类的使用分为主动使用和被动使用。JVM在每个类或接口“首次主动使用”时才初始化他们；被动使用类不会导致类的初始化。

主动使用的情况：

                       a.创建类实例

                       b.访问某个类或接口的静态变量

                       c.调用类的静态方法

                       d.反射某个类

                       e.初始化某个类的子类，而父类还没有初始化

                       f.JVM启动的时候运行的主类

                       g.定义了default方法的接口，当接口的实现类初始化时

被动使用的情况：

                       1.通过子类去调用父类的静态变量 。例如MyChidl.parentStr，不会初始化子类，会初始化父类

                       2.数组的方式。例如MyChild[] mcs = new MyChild[2]，不会初始化类

                       3.访问常量也不会初始化类。例如public static final String childStr = "now in child!"

类的初始化机制和顺序

类的卸载

当代表一个类的Class对象不在被引用，那么Class对象的生命周期就结束了，对应的在方法区中的数据也会被卸载

JVM自带的类加载器加载的类。是不会卸载的。由用户自定义的类加载器加载的类是可以卸载的

JVM内存分配基础

JVM的简化架构

运行时数据区：包括方法区、虚拟机栈、本地方法栈、堆、程序计数器（PC寄存器）

PC寄存器：

1.每个线程都拥有一个PC寄存器，是线程私有的，用来存储指向下一条指令的地址，也可以看着是当前程序所执行的字节码的行号指示器，也可以看着是程序流的指示器

2.在创建线程的时候创建相应的PC寄存器

3.执行本地方法(执行JNI方法)时，PC寄存器的值为undefined

4.是一块比较小的内存空间，是唯一一个在JVM规范中没有规定OutOfMemoryError的内存区域，不会内存溢出

java栈

1.栈由一系列帧组成，是线程私有的

2.帧用来保存一个方法的局部变量表、操作数栈（java没有寄存器，所有参数传递使用操作数栈）、常量池指针、动态链接、方法返回值等

3.每一次方法调用创建一个帧，并压栈，退出方法的时候，修改栈顶指针就可以把栈桢中的内容销毁

4.局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型和引用类型，每个slot（插槽）存放32位的数据，long、double占两个槽位

5.栈的优点：存取速度比堆块，仅次于寄存器

6.栈的缺点：存在栈中的数据大小、生命周期是在编译期决定的，缺乏灵活性

java堆

用来存放应用系统创建的对象和数组，所有线程共享java堆

GC主要管理堆空间

堆的优点：运行期动态分配内存大小，自动进行垃圾回收

堆的缺点：效率相对较慢

方法区

方法区是线程共享的，用来保存类的结构信息（运行时的常量池、静态变量、常量、类元信息）

通常和元空间关联在一起，具体跟JVM的实现和版本有关

JVM规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但它有一个别名Non-heap（非堆），是为了与java堆区分开

运行时常量池

是Class文件中每个类或接口的常量池表，在运行期间的表示形式，通过包括：类的版本，字段、方法、接口等信息

在方法区中分配

通常在加载类或接口到JVM中后，就创建相应的运行时常量池

本地方法栈

在JVM中用来支持native方法执行的栈就是本地方法栈。是线程私有的

Java堆内存概述

java堆用来存放应用系统创建的对象和数组，所有线程共享java堆

java堆是在运行期动态分配内存大小，自动进行垃圾回收

java垃圾回收主要就是回收堆内存，对分代GC来说，堆也是分代的

java堆的结构

1. 新生代用来存放新分配的对象；新生代中经过垃圾回收，没有被回收掉的对象，被复制到老年代

2.老年代存储的对象比新生代存储的对象的年龄大的多

3.老年代存储一些大对象，大对象会直接分配到老年代

4.整个堆的大小=新生代+老年代

5.新生代=Eden去+存活区（Survivor）

6.从JDK8开始去掉了持久代（用来存放Class、Method等元信息的区域），取而代之的是元空间（MetaSpace），元空间并不在虚拟机里面，而是直接使用本地内存

对象的内存布局

对象在内存中存储的布局（以HotSpot虚拟机为例）分为：对象头，实例数据和对齐填充

1.对象头，包括两部分

  （1）Mark Word：存储对象自身的运行数据，如：HashCode、GC分代年龄、锁状态标志等

  （2）类型指针：指向它的类元信息（在方法区）的指针

2.实例数据：真正存放对象实例数据的地方

3.对齐填充：这部分不一定存在，也没有特别的含义，仅仅是占位符。因为HotSpot要求对象起始地址都是8字节的整数倍，如果不是，就对齐

对象的访问定位

.对象的访问定位：在JVM规范中只规范了reference类型是一个指向对象的引用，但没有规定这个引用具体如何去定位、访问堆中对象的具体位置

因此对象的访问方式取决于JVM的实现，目前主流的有：使用句柄或使用指针两张方式

1.使用句柄：Java堆中会划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储句柄的地址，句柄中存储对象实例数据和类元数据的地址

2.使用指针：java堆中存放访问类元数据的地址，reference存储的是对象实例数据的地址

Java内存分配参数

Trace跟踪参数 (版本jdk9+)

打印GC的简要信息：-Xlog:gc

打印GC详细信息：-Xlog:gc*

指定GC log的位置，以文件输出：-Xlog:gc:garbage-collection.log

每一次GC后，都打印堆信息：-Xlog:gc+heap=debug

Java堆的参数

-Xms：堆的大小，默认为物理内存的1/64

-Xmx：堆的最大值，默认为物理内存的1/4

建议-Xms和-Xmx设置相等，避免每次GC后调整堆的大小，减少系统内存分配的开销

-Xmn：新生代的大小，默认整个堆的3/8  （JDK8是1/3）

设置垃圾回收器 -XX:+UseConcMarkSweepGC 使用CMS垃圾收集器  -XX:+UseG1GC 使用G1收集器

-XX:+UseConcMarkSweepGC -Xms10m -Xmx10m -Xmn3m -Xlog:gc

保存GC日志

-XX:+UseConcMarkSweepGC -Xms10m -Xmx10m -Xmn3m -Xlog:gc+heap=debug:logs/mygc.log -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

-XX:NewRatio：老年代与新生代的比值。如果设置Xms=Xmx，且设置了Xmn的情况下，该参数不用设置

-XX:SurvivorRatio：Eden区和Survivor区的大小比值

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：OOM时导出堆文件

-XX:+HeapDumpPath：导出OOM的路径

-XX:OnOutOfMemoryError：在OOM时，执行一个脚本

Java栈的参数

-Xss：通常只有几百k，决定了函数调用的深度

元空间的参数

-XX:MetaspaceSize：元空间初始大小

-XX:MaxMetaspaceSize：最大空间，默认没有限制

-XX:MinMetaspaceFreeRatio：在GC之后，最小的Metaspace剩余空间容量的百分比

-XX:MaxMetaspaceFreeRatio：在GC之后，最大的Metaspace剩余空间容量的百分比

字节码执行引擎

概述

JVM的字节码执行引擎，功能就是输入字节码文件，然后对字节码进行解析并处理，最后输出执行结果

实现方式有通过解释器直接解释字节码文件，或者是通过即时编译器产生本地代码，也就是编译执行，当然也可能两者皆有

栈桢概述

栈桢是用于支持JVM方法调用和方法执行的数据结构

栈桢随着方法的调用而创建，随着方法结束而销毁

栈桢里面存储了方法的局部表里表、操作数栈、动态链接、方法返回地址等信息

局部变量表：用来存放方法参数和方法内部定义的局部变量的存储空间

  1.以变量槽slot为单位，一个slot槽存放32位以内的数据类型

  2.对于64位的数据占2个slot

  3.对于实例方法，第0位slot存放的是this，然后从1到n，依次分配给参数列表。静态方法是从0开始

  4.然后根据方法体内部定义的变量顺序和作用域来分配slot

  5.slot是复用的，以节省栈桢的空间，这种设计可能会影响到系统的垃圾收集行为

操作数栈

操作数栈：用来存放方法运行期间，各个指令操作的数据

  1.操作数栈中元素的数据类型必须和字节码指令的顺序严格匹配

  2.虚拟机在实现栈桢的时候可能会做一些优化，让两个栈桢出现部分重叠区域，以存放公用数据

动态链接

动态链接：每个栈桢持有一个指向运行时常量池中该栈桢所属方法的引用，以支持方法调用过程的动态链接

  1.静态解析：类加载的时候，符号引用转换成直接引用

  2.动态链接：运行期间转化为直接引用

方法返回地址

方法返回地址：方法执行后返回的地址

方法调用

方法调用：就是确定具体调用哪一个方法，不涉及方法内部的执行过程

  1.部分方法是直接在类加载的解析阶段，就确定了直接引用关系

  2.但是对于实例方法，也称虚方法，因为重载和多态，需要运行期动态委派