Java虚拟机与JAVA内存管理

Java 虚拟机 （Java virtual machine，JVM）

JVM实现了Java语言最重要的特征：即平台无关性。

原理：编译后的 Java 程序指令并不直接在硬件系统的 CPU 上执行，而是由 JVM 执行。
JVM屏蔽了与具体平台相关的信息，使Java语言编译程序只需要生成在JVM上运行的目标字节码（.class）,
就可以在多种平台上不加修改地运行。Java 虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

Java Memory Model

JAVA的内存结构
  程序计数器： 线程私有
  方法区：存放装载的类数据信息
  栈内存：以帧的形式存放本地方法的调用状态
  局部变量区 操作栈 帧数据区
  堆内存：JAVA虚拟机自动进行 垃圾回收
    实例域、静态域和数组元素存储在堆内存
  本地方法栈内存

  线程共享变量
            工作内存
            主内存
        线程对共享变量的所有操作都必须在自己的工作内存中进行，不能直接从主内存中读写
        不同线程之间无法直接访问其他线程的工作内存的变量，线程间变量值的传递需要主内存来完成
            可见性实现原理
            工作内存1刷新到主内存，更新到工作内存2
                synchronized:实现可见性，原子性<同步>
                volatile:通过加入内存屏障和禁止重排序优化实现的
        获取互斥锁，清空工作内存，从主内存拷贝变量到工作内存，执行代码，更改后的变量值刷新到主内存，释放互斥锁
         不可见的原因：
            线程的交叉执行                        解决-原子性
            重排序结合线程交叉执行                  解决--原子性
            共享变量更新后的值没在工作内存与主内存间及时更新    解决--可见性

Method 方法区

加载的类信息，常量，静态变量等
 运行时常量池：存放编译器生成的各种字面量和符号引用：
 字面量就是字符串、final变量等。类名和方法名属于引用量。   
 引用量最常见的是在调用方法的时候，根据方法名找到方法的引用，并以此定为到函数体进行函数代码的执行。引用量包含：类和接口的权限定名、字段的名称和描述符，方法的名称和描述符

Heap堆

存放所有实例 和数组 的地方
以Java堆还可以细分为：新生代和老年代；
新生代再细致一点有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等

VM Stack虚拟机栈：栈帧

局部变量表，操作栈，方法返回地址，动态链接

Native Method Stack 本地方法栈

：本地方法栈和Java栈所发挥的作用非常相似，区别不过是Java栈为JVM执行Java方法服务，而本地方法栈为JVM执行Native方法服务

Program Counter Register 程序计数器

内存模型

JAVA语言中，采用共享内存模型 来实现多线程之间的信息交换和数据同步   
主内存，对应着Java内存区域划分的堆内存，
工作内存对应着虚拟机栈和本地方法栈，所有线程共享主存储器，但是每个线程有各自的工作内存。

内存回收

从内存回收的角度来看，由于现在GC基本都采用分代收集算法所
JMM规定了所有的变量都存储在主内存（Main Memory）中。每个线程还有自己的工作内存（Working Memory）,  
线程的工作内存中保存了该线程使用到的变量的主内存的副本拷贝，线程对变量的所有操作（读取、赋值等）都必须在工作内存中进行，而不能直接读写主内存中的变量（volatile变量仍然有工作内存的拷贝，但是由于它特殊的操作顺序性规定，所以看起来如同直接在主内存中读写访问一般）。
不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量，线程之间值的传递都需要通过主内存来完成。

Java程序启动与加载顺序，

类加载器

JAVA 程序启动顺序图
加载
隐式调用<自动>
 显示调用
java.lang.ClassLoader
    Bootstrap loader: 搜索系统参数<sun.boot.class.path>指定位置的类
    Extended Loader ：搜索心痛参数<java.ext.dirs>指定位置的类
    System Loader   ：搜索Classpath所指定的路径<java.class.path>
    每个类加载器会先将加载任务交给其parent,如果parent找不到，则再由自己加载
    java.net.URLClassLoader
        ExtClassLoader
        APPClassLoader
    用户自定义加载器
    动态加载类的方法
        使用.class
        使用实例的getClass()
        使用Class.forName
链接
  是为了让类或接口可以被 Java 虚拟机执行，而将类或接口并入虚拟机运行时状态的过程包括
  验证、准备、解析、访问控制、方法覆盖
在类或接口被链接之前，它必须是被成功地加载过。
在类或接口初始化之前，它必须是被成功地验证及准备过.
程序的直接或间接行为可能会导致链接发生，链接过程中检查到的错误应该在请求链接的程序处被抛出。
    层次架构，动态加载类
    在java中有三种类类加载器。
1）Bootstrap ClassLoader 此加载器采用c++编写，一般开发中很少见。
2）Extension ClassLoader 用来进行扩展类的加载，一般对应的是jre\lib\ext目录中的类
3）AppClassLoader 加载classpath指定的类，是最常用的加载器。同时也是java中默认的加载器。
在一个类编译完成之后，下一步就需要开始使用类，如果要使用一个类，肯定离不开JVM。在程序执行中JVM通过装载，链接，初始化这3个步骤完成。
类的装载是通过类加载器完成的，加载器将.class文件的二进制文件装入JVM的方法区，并且在堆区创建描述这个类的java.lang.Class对象。用来封装数据。 但是同一个类只会被类装载器装载以前
链接就是把二进制数据组装为可以运行的状态。

链接

链接分为校验，准备，解析这3个阶段
校验一般用来确认此二进制文件是否适合当前的JVM（版本），
准备就是为静态成员分配内存空间，。并设置默认值
解析指的是转换常量池中的代码作为直接引用的过程，直到所有的符号引用都可以被运行程序使用（建立完整的对应关系完成之后，类型也就完成了初始化，初始化之后类的对象就可以正常使用了，直到一个对象不再使用之后，将被垃圾回收。释放空间。
当没有任何引用指向Class对象时就会被卸载，结束类的生命周期

1、多态机制

一、使用父类类型的引用指向子类的对象；
二、该引用只能调用父类中定义的方法和变量；
三、如果子类中重写了父类中的一个方法，那么在调用这个方法的时候，将会调用子类中的这个方法；（动态连接、动态调用）
四、变量不能被重写（覆盖），”重写“的概念只针对方法，如果在子类中”重写“了父类中的变量，那么在编译时会报错
    父类的方法私有
    父类的方法，子类重写
    父类的方法，子类继承没重写
    父类没有，子类中有

2、前期绑定和后期绑定 ：

绑定：将一个方法调用同一个方法主体关联起来被称作绑定。
前期绑定：若程序在执行前进行绑定，由编译器和链接程序实现，叫做前期绑定。C语言中只有一种方法调用，就是前期绑定。
后期绑定：在运行时根据对象的类型进行绑定，叫做后期绑定，也叫动态绑定或运行时绑定。
Java中除了static方法和final方法（private方法被自动认为是final方法）之外，其他所有的方法都是后期绑定。

3、运行时识别 对象和类的信息

 JAVA在需要时才被加载，加载时通过加载器实现的
 Class对象由JVM自动产生，每当一个类被加载的时候，JVM就会自动为其生成一个Class对象
   传统的RTTI机制<(RTTI, Run-Time Type Identification>
   反射机制
 传统的RTTI机制<(RTTI, Run-Time Type Identification>
 类型信息：Class对象，类加载器，原生类加载器<可信类>
    首先检查这个类的Class对象是否被加载 
    Class.forName()实现动态加载类
    getClass()获取每一个对象对应的Class对象，基本信息 
     类字面常量

反射机制

java.lang.Class类以及java.lang.refect类库来对反射进行支持

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