Java虛擬機(jī)是由一個(gè)規(guī)范來定義的抽象計(jì)算機(jī)。

?   抽象的規(guī)范

?   具體的實(shí)現(xiàn)

?   運(yùn)行中的虛擬機(jī)實(shí)例

每個(gè)java程序都運(yùn)行于它自己的虛擬機(jī)實(shí)例中。

Java虛擬機(jī)的結(jié)構(gòu)分為：類裝載子系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，執(zhí)行引擎，本地方法接口。其中運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)又分為：方法區(qū)，堆，Java棧，PC寄存器，本地方法棧。

每個(gè)java虛擬機(jī)實(shí)例都有一個(gè)方法區(qū)和一個(gè)堆，由該虛擬機(jī)實(shí)例中所有線程所共享，對(duì)方法區(qū)的訪問必須設(shè)計(jì)成線程安全。

Java程序在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建的所有類實(shí)例或數(shù)組放與此。每創(chuàng)建一個(gè)JVM實(shí)例就有一個(gè)堆，該實(shí)例的所有線程都共享這個(gè)堆。

Java對(duì)象中包含的基本數(shù)據(jù)由它所屬的類及其所有超類聲明的實(shí)例變量組成。只要有對(duì)對(duì)象引用，虛擬機(jī)就必須快速定位對(duì)象實(shí)例的數(shù)據(jù)。另外，他也必須能通過該對(duì)象引用訪問相應(yīng)的類數(shù)據(jù)（存儲(chǔ)于方法區(qū)的類型信息）。因此在對(duì)象中通常會(huì)有一個(gè)指向方法區(qū)的指針。

一種可能的堆空間設(shè)計(jì)就是，把堆分為兩部分：一個(gè)句柄池，一個(gè)對(duì)象池。一個(gè)對(duì)象引用就是一個(gè)指向句柄池的本地指針。句柄池的每個(gè)條目有兩部分：一個(gè)指向?qū)嵗兞康闹羔槪粋€(gè)指向方法區(qū)類型數(shù)據(jù)的指針。這種方法有利碎片整理。但每次訪問對(duì)象實(shí)例變量都得進(jìn)行兩次指針轉(zhuǎn)換。

另一個(gè)設(shè)計(jì)方式是使對(duì)象指針直接指向一組數(shù)據(jù)，而該數(shù)據(jù)包括對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)以及指向方法區(qū)中的類數(shù)據(jù)指針。因此只需一個(gè)指針就可以訪問對(duì)象的實(shí)例數(shù)據(jù)。當(dāng)虛擬機(jī)為了減少內(nèi)存碎片而移動(dòng)對(duì)象時(shí)，必須在整個(gè)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)中更新指向被移動(dòng)對(duì)象的引用。

每個(gè)對(duì)象都可以有一個(gè)方法表，可以加快調(diào)用實(shí)例方法時(shí)的效率。Java虛擬機(jī)規(guī)范并不要求必須有。

方法區(qū)中存放被裝載的類型信息，該類型中的類（靜態(tài)）變量同樣也是存儲(chǔ)在方法區(qū)中。方法區(qū)大小可以在堆中自由分配，方法區(qū)可以被垃圾回收。

類型信息包括：

?   這個(gè)類型的全限定名。

?   這個(gè)類型的直接超類的全限定名（除非是java.lang.Object,無超類）

?   這個(gè)類型是類類型還是接口類型。

?   這個(gè)類型的訪問修飾符（public,abstract ...)

?   任何直接超接口的全限定名的有序列表

除了上面列出的基本類型信息外，虛擬機(jī)還為每個(gè)被裝載的類型存儲(chǔ)以下信息：

?   該類型的常量池

?   字段信息

?   方法信息

?   除了常量以外所有類（靜態(tài)）變量

?   一個(gè)到類ClassLoader的引用

?   一個(gè)到Class類的引用

每創(chuàng)建一個(gè)線程，都將有該線程自己的PC寄存器及一個(gè)java棧，每個(gè)線程只能訪問自己的PC寄存器和java棧，該線程如果正在執(zhí)行一個(gè)java方法，則PC寄存器的值是下一條被執(zhí)行的指令；java棧使用幀為單位保存線程的運(yùn)行狀態(tài)。

Java棧存儲(chǔ)每個(gè)線程中Java方法調(diào)用的狀態(tài)—包括局部變量，被調(diào)用時(shí)傳進(jìn)來的參數(shù)，返回值，運(yùn)算中間結(jié)果。
每當(dāng)線程調(diào)用一個(gè)Java方法時(shí)，虛擬機(jī)都會(huì)在該線程的Java棧中壓入一個(gè)新幀。而這個(gè)新幀成為當(dāng)前幀。在執(zhí)行這個(gè)方法時(shí)，它使用這個(gè)幀來存儲(chǔ)參數(shù)、局部變量、中間運(yùn)算結(jié)果等等數(shù)據(jù)。Java棧不連續(xù)，可指定初始大小和最大最小值。

Java方法可以以兩種方式完成：正常返回return；通過拋出異常而中止。

Java虛擬機(jī)的兩種類裝載器：?jiǎn)?dòng)類裝載器和用戶自定義類裝載器。主要任務(wù)有：

?   裝載---查找并裝載類型的二進(jìn)制數(shù)據(jù)

?   連接---執(zhí)行驗(yàn)證，準(zhǔn)備，以及解析（可選）

驗(yàn)證：確保被導(dǎo)入類型的正確性

準(zhǔn)備：為類變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值

解析：把類型中的符號(hào)引用換為直接引用

?   初始化---把類變量初始化為正確的初始值

每個(gè)Java虛擬機(jī)都必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)啟動(dòng)類裝載器。

用戶自定義類裝載器，盡管用戶自定義類裝載器是Java程序的一部分，但類ClassLoader中的四個(gè)方法是通往Java虛擬機(jī)的通道：

protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len);

protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len, ProtectionDomain protectionDomain);

protected final Class<?> findSystemClass(String name);

protected final void resolveClass(Class<?> c);

任何java虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)都必須把這些方法連到內(nèi)部的類裝載器子系統(tǒng)中。

兩個(gè)重載的defineClass() 方法，接受一個(gè)byte[] b的字節(jié)數(shù)組作為輸入?yún)?shù)，在b[off]到b[off +　len]之間的二進(jìn)制數(shù)據(jù)必須符合java class文件格式，class文件即線性二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。name參數(shù)指定類型的全限定名，前一個(gè)defineClass將給類型賦以默認(rèn)的保護(hù)域，后一個(gè)類型保護(hù)域由protectionDomain指定。

findSystemClass()使用系統(tǒng)類裝載器裝載指定類型。

釋放不再被程序使用的對(duì)象。檢測(cè)和回收。

垃圾檢測(cè)：建立一個(gè)根對(duì)象的集合，并檢測(cè)從這些根對(duì)象開始的可觸及性來實(shí)現(xiàn)。任何被根對(duì)象引用的對(duì)象都是可觸及的，任何被活動(dòng)的對(duì)象引用的對(duì)象都是可觸及的。

引用計(jì)數(shù)收集器，引用計(jì)數(shù)無法檢測(cè)出循環(huán)；跟蹤收集器，標(biāo)記并清除。清理對(duì)碎塊，壓縮收集器，設(shè)置間接對(duì)象引用層(對(duì)象句柄表)，只需句柄更新新位置。

拷貝收集器，把所有活動(dòng)對(duì)象移動(dòng)到新區(qū)域。停止并拷貝，需要兩倍內(nèi)存，任何時(shí)候只能使用一半。

按代收集的收集器，把對(duì)象按照壽命分組，對(duì)最年幼的進(jìn)行最頻繁的垃圾收集。

漸進(jìn)式垃圾收集器，不試圖一次性發(fā)現(xiàn)并回收所有不可觸及的對(duì)象，而是每次發(fā)現(xiàn)并回收一部分。

火車算法

火車算法執(zhí)行的時(shí)候，或者收集最小數(shù)字火車中的最小數(shù)字車廂，或者收集整個(gè)最小數(shù)字火車。

如果整個(gè)火車都是垃圾對(duì)象，那么整個(gè)火車都被收集。否則，收集最小數(shù)字車廂。

收集最小數(shù)字車廂時(shí)，把最小數(shù)字車廂內(nèi)部有被其他車廂引用的對(duì)象轉(zhuǎn)移到引用的車廂，如此循環(huán)，最后收集整個(gè)車廂。

收集最小數(shù)字火車時(shí)，把最小數(shù)字車廂內(nèi)部有被其他火車引用對(duì)象則會(huì)轉(zhuǎn)移到引用的火車，如此循環(huán)，最后收集整個(gè)火車。

火車算法保證大型的循環(huán)數(shù)據(jù)會(huì)被完全收集。

記憶集合，指向車廂或火車內(nèi)對(duì)象的所有引用的集合。

終結(jié)方法，垃圾收集器在釋放對(duì)象前必須運(yùn)行。第二遍掃描，終結(jié)方法可能復(fù)活了某些不再被引用的對(duì)象。根結(jié)點(diǎn)不可觸及和終結(jié)對(duì)象不可觸及的對(duì)象可以立即被釋放。

對(duì)象可觸及性的生命周期

可觸及，可復(fù)活，不可觸及。

SoftReference、WeakReference、PhantomReference 都是 java.lang.ref.Reference 類的子類。強(qiáng)引用與這三種弱引用之間最基本的差別是，強(qiáng)引用禁止引用目標(biāo)被垃圾收集，而那三種引用不禁止。

?   強(qiáng)可觸及 對(duì)象可以從根節(jié)點(diǎn)不通過任何引用對(duì)象搜索到。

?   軟可觸及 垃圾收集器可能回收軟可觸及的對(duì)象所占據(jù)的內(nèi)存。如果這發(fā)生了，它會(huì)清除所有到此軟可觸及對(duì)象的軟引用。當(dāng)垃圾收集器清除一個(gè)和引用隊(duì)列有關(guān)聯(lián)的軟引用對(duì)象時(shí)，它把該軟引用對(duì)象加入隊(duì)列。

?   弱可觸及 垃圾收集器必須歸還弱可觸及對(duì)象所占據(jù)的內(nèi)存。這發(fā)生的時(shí)候，它會(huì)清除所有到此弱可觸及對(duì)象的弱引用。當(dāng)垃圾收集器清除一個(gè)和引用隊(duì)列有關(guān)聯(lián)的的弱引用對(duì)象時(shí)，它把該弱引用對(duì)象加入隊(duì)列。

?   可復(fù)活的 對(duì)象既不是強(qiáng)可觸及、軟可觸及，也不是弱可觸及，但是仍然可能通過執(zhí)行某些終結(jié)方法復(fù)活到這幾種狀態(tài)之一。

?   影子可觸及 一旦某個(gè)被影子引用的對(duì)象變成影子可觸及狀態(tài)，垃圾收集器立即把該引用對(duì)象加人隊(duì)列。垃圾收集器從不會(huì)清除一個(gè)影子引用，所有的影子引用都必須由程序明確地清除。

弱引用與軟引用的區(qū)別在于：只具有弱引用的對(duì)象擁有更短暫的生命周期。

Java體系結(jié)構(gòu)介紹

Java體系結(jié)構(gòu)包括：

?   Java語言

?   Java虛擬機(jī)

?   Java API

?   Java class文件

Java虛擬機(jī)的主要任務(wù)是裝載class文件并執(zhí)行其中的字節(jié)碼。Java虛擬機(jī)和java API一起組成java平臺(tái)。

Java方法和本地方法，java方法是平臺(tái)無關(guān)的，而本地方法不是。本地方法保存在動(dòng)態(tài)鏈接庫中，格式為各平臺(tái)專有的。通過本地方法，java程序可以直接訪問底層操作系統(tǒng)資源。Java本地接口JNI，使得本地方法在特定主機(jī)系統(tǒng)的java平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。

類裝載器體系結(jié)構(gòu)

當(dāng)被裝載的類引用另一個(gè)類，虛擬機(jī)就會(huì)使用裝載第一個(gè)類的類裝載器裝載被引用的類，所以被裝載的類默認(rèn)情況下只能看到被同一類裝載器裝載的類。Java程序的每個(gè)類裝載器都有自己的命名空間。從不同源文件裝載的類可以被分隔在不同的命名空間中，這樣就可以控制任何從不同源文件中裝載的代碼之間的相互影響，特別是能夠阻止惡意代碼獲取訪問和破壞代碼的權(quán)限。

Java class文件

Java class文件為java程序提供獨(dú)立于底層平臺(tái)的二進(jìn)制文件，可以運(yùn)行在任何支持java虛擬機(jī)的平臺(tái)上。Java編譯器把java源文件指令翻譯成字節(jié)碼，即java虛擬機(jī)的“機(jī)器語言”。

Java API

每個(gè)主機(jī)平臺(tái)都明確實(shí)現(xiàn)了java虛擬機(jī)和java API，所以java程序就具有了平臺(tái)無關(guān)性的特點(diǎn)。Java API class文件為底層主機(jī)提供了具有平臺(tái)無關(guān)性的，標(biāo)準(zhǔn)接口的java程序。

Java語言

自動(dòng)垃圾回收，不再使用的對(duì)象未被釋放導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，多次釋放同一個(gè)對(duì)象導(dǎo)致內(nèi)存沖突。Java運(yùn)行時(shí)強(qiáng)制執(zhí)行嚴(yán)格的類型規(guī)則，不可能直接管理內(nèi)存而導(dǎo)致內(nèi)存錯(cuò)誤。