蓁祎家进步中

# java执行

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一个java源文件可以包含多个类，但只允许一个类为public

# 垃圾回收

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# Java内存模型

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  • 1.内存回收机制：内存回收就是释放掉在内存中已经没用的对象。

要判断怎样的对象是没用的对象。这里有2种方法：

  • 采用标记计数的方法： 给内存中的对象给打上标记，对象被引用一次，计数就加1，引用被释放了，计数就减一，当这个计数为0的时候，这个对象就可以被回收了。 当然，这也就引发了一个问题：循环引用的对象是无法被识别出来并且被回收的。所以就有了第二种方法：
  • 采用根搜索算法： 从一个根出发，搜索所有的可达对象，这样剩下的那些对象就是需要被回收的 判断完了哪些对象是没用的，这样就可以进行回收了 最简单的，就是直接清空那个需要被回收的对象。但是这又出现了一个问题，就是内存会被分为一块一块的小碎片。
  • 为了解决这个问题，可以采用第二种方法，就是在之前的基础上将存活的对象给整理一下，使他们变成一个连续的内存，从而释放出连续的较大的内存空间。 还有一中回收方法 就是采用复制的办法：将内存分为2块，一块用来存放对象，另一块用来放着，当存放对象的那块满了以后就将上面存活的对象给复制过来，然后在这块内存上工作，并且将之前的内存清空，当自己这块满了以后再复制回去，如此反复。

比较效率的一中做法是将以上的几种方法给结合起来。

首先将内存分块，分为新生代，老年代和永久代。 永久代用来存放代码，等一些基本不改变的数据， 新生代用来存放刚产生的一些对象，新生代又可分为3块。分别为Edon区，Survivor0,survivor1,刚产生的对象是放在Edon区中，当这个区块放满了以后就将其存活的部分复制到survivor0块中，并且将Edon区中的数据清空，等到survivor0满了就将其中的存活的数据放到survivor1中，清空survivor0,垃圾回收到了一定次数还未被回收的对象，就可以放到老年区。一般来说，刚才产生的对象大多是要在下一次垃圾回收的时候就要被回收掉的，只有一小部分对象会被保留下来，这些被保留下来的对象都是比较稳定的，所以在老年区中的对象回收方法可以采用整理的方法，而在Edon区等新生代中采用复制的方法比较好。

垃圾回收他是在虚拟机空闲的时候或者内存紧张的时候执行的，什么时候回收不是由程序员来控制的，这也就是java比较耗内存的原因之一。 还有在垃圾回收的时候当检测到对象没有用了，需要被回收的时候并不会马上被回收，而是将其放入到一个准备回收的队列，去执行finalize方法。

# 一、垃圾回收机制的意义

Java语言中一个显著的特点就是引入了垃圾回收机制，使c++程序员最头疼的内存管理的问题迎刃而解，它使得Java程序员在编写程序的时候不再需要考虑内存管理。由于有个垃圾回收机制，Java中的对象不再有“作用域”的概念，只有对象的引用才有“作用域”。垃圾回收可以有效的防止内存泄露，有效的使用空闲的内存。

ps:内存泄露是指该内存空间使用完毕之后未回收，在不涉及复杂数据结构的一般情况下，Java 的内存泄露表现为一个内存对象的生命周期超出了程序需要它的时间长度，我们有时也将其称为“对象游离”。

# 二、垃圾回收机制中的算法

Java语言规范没有明确地说明JVM使用哪种垃圾回收算法，但是任何一种垃圾回收算法一般要做2件基本的事情：（1）发现无用信息对象；（2）回收被无用对象占用的内存空间，使该空间可被程序再次使用。

1.引用计数法(Reference Counting Collector)

1.1算法分析

引用计数是垃圾收集器中的早期策略。在这种方法中，堆中每个对象实例都有一个引用计数。当一个对象被创建时，且将该对象实例分配给一个变量，该变量计数设置为1。当任何其它变量被赋值为这个对象的引用时，计数加1（a = b,则b引用的对象实例的计数器+1），但当一个对象实例的某个引用超过了生命周期或者被设置为一个新值时，对象实例的引用计数器减1。任何引用计数器为0的对象实例可以被当作垃圾收集。当一个对象实例被垃圾收集时，它引用的任何对象实例的引用计数器减1。

1.2优缺点

  • 优点：引用计数收集器可以很快的执行，交织在程序运行中。对程序需要不被长时间打断的实时环境比较有利。
  • 缺点：无法检测出循环引用。如父对象有一个对子对象的引用，子对象反过来引用父对象。这样，他们的引用计数永远不可能为0.

1.3引用计数算法无法解决循环引用问题，例如：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MyObject object1 = new MyObject();
        MyObject object2 = new MyObject();
        object1.object = object2;
        object2.object = object1;
        object1 = null;
        object2 = null;
    }
}
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最后面两句将object1和object2赋值为null，也就是说object1和object2指向的对象已经不可能再被访问，但是由于它们互相引用对方，导致它们的引用计数器都不为0，那么垃圾收集器就永远不会回收它们。

2.tracing算法(Tracing Collector) 或 标记-清除算法(mark and sweep)

2.1根搜索算法

根搜索算法是从离散数学中的图论引入的，程序把所有的引用关系看作一张图，从一个节点GC ROOT开始，寻找对应的引用节点，找到这个节点以后，继续寻找这个节点的引用节点，当所有的引用节点寻找完毕之后，剩余的节点则被认为是没有被引用到的节点，即无用的节点。

java中可作为GC Root的对象有

  • 虚拟机栈中引用的对象（本地变量表）
  • 方法区中静态属性引用的对象 -方法区中常量引用的对象
  • 本地方法栈中引用的对象（Native对象）

2.2 tracing算法的示意图 2.3 标记-清除算法分析

标记-清除算法采用从根集合进行扫描，对存活的对象对象标记，标记完毕后，再扫描整个空间中未被标记的对象，进行回收，如上图所示。标记-清除算法不需要进行对象的移动，并且仅对不存活的对象进行处理，在存活对象比较多的情况下极为高效，但由于标记-清除算法直接回收不存活的对象，因此会造成内存碎片。

3.compacting算法 或 标记-整理算法

标记-整理算法采用标记-清除算法一样的方式进行对象的标记，但在清除时不同，在回收不存活的对象占用的空间后，会将所有的存活对象往左端空闲空间移动，并更新对应的指针。标记-整理算法是在标记-清除算法的基础上，又进行了对象的移动，因此成本更高，但是却解决了内存碎片的问题。在基于Compacting算法的收集器的实现中，一般增加句柄和句柄表。

4.copying算法(Compacting Collector)

该算法的提出是为了克服句柄的开销和解决堆碎片的垃圾回收。它开始时把堆分成 一个对象 面和多个空闲面， 程序从对象面为对象分配空间，当对象满了，基于copying算法的垃圾 收集就从根集中扫描活动对象，并将每个 活动对象复制到空闲面(使得活动对象所占的内存之间没有空闲洞)，这样空闲面变成了对象面，原来的对象面变成了空闲面，程序会在新的对象面中分配内存。一种典型的基于coping算法的垃圾回收是stop-and-copy算法，它将堆分成对象面和空闲区域面，在对象面与空闲区域面的切换过程中，程序暂停执行。

5.generation算法(Generational Collector)

分代的垃圾回收策略，是基于这样一个事实：不同的对象的生命周期是不一样的。因此，不同生命周期的对象可以采取不同的回收算法，以便提高回收效率。

  • 年轻代（Young Generation）

所有新生成的对象首先都是放在年轻代的。年轻代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象。
新生代内存按照8:1:1的比例分为一个eden区和两个survivor(survivor0,survivor1)区。一个Eden区，两个 Survivor区(一般而言)。大部分对象在Eden区中生成。回收时先将eden区存活对象复制到一个survivor0区，然后清空eden区，当这个survivor0区也存放满了时，则将eden区和survivor0区存活对象复制到另一个survivor1区，然后清空eden和这个survivor0区，此时survivor0区是空的，然后将survivor0区和survivor1区交换，即保持survivor1区为空， 如此往复。
当survivor1区不足以存放 eden和survivor0的存活对象时，就将存活对象直接存放到老年代。若是老年代也满了就会触发一次Full GC，也就是新生代、老年代都进行回收
新生代发生的GC也叫做Minor GC，MinorGC发生频率比较高(不一定等Eden区满了才触发)

  • 年老代（Old Generation）

在年轻代中经历了N次垃圾回收后仍然存活的对象，就会被放到年老代中。因此，可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象。 内存比新生代也大很多(大概比例是1:2)，当老年代内存满时触发Major GC即Full GC，Full GC发生频率比较低，老年代对象存活时间比较长，存活率标记高。 持久代（Permanent Generation）

用于存放静态文件，如Java类、方法等。持久代对垃圾回收没有显著影响，但是有些应用可能动态生成或者调用一些class，例如Hibernate 等，在这种时候需要设置一个比较大的持久代空间来存放这些运行过程中新增的类。

# 三、GC（垃圾收集器）

新生代收集器使用的收集器：Serial、PraNew、Parallel Scavenge 老年代收集器使用的收集器：Serial Old、Parallel Old、CMS Serial收集器（复制算法)

新生代单线程收集器，标记和清理都是单线程，优点是简单高效。

Serial Old收集器(标记-整理算法)

老年代单线程收集器，Serial收集器的老年代版本。

ParNew收集器(停止-复制算法)

新生代收集器，可以认为是Serial收集器的多线程版本,在多核CPU环境下有着比Serial更好的表现。

Parallel Scavenge收集器(停止-复制算法)

并行收集器，追求高吞吐量，高效利用CPU。吞吐量一般为99%， 吞吐量= 用户线程时间/(用户线程时间+GC线程时间)。适合后台应用等对交互相应要求不高的场景。

Parallel Old收集器(停止-复制算法)

Parallel Scavenge收集器的老年代版本，并行收集器，吞吐量优先

CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器（标记-清理算法）

高并发、低停顿，追求最短GC回收停顿时间，cpu占用比较高，响应时间快，停顿时间短，多核cpu 追求高响应时间的选择

# 四、GC的执行机制

由于对象进行了分代处理，因此垃圾回收区域、时间也不一样。GC有两种类型：Scavenge GC和Full GC。

Scavenge GC

一般情况下，当新对象生成，并且在Eden申请空间失败时，就会触发Scavenge GC，对Eden区域进行GC，清除非存活对象，并且把尚且存活的对象移动到Survivor区。然后整理Survivor的两个区。这种方式的GC是对年轻代的Eden区进行，不会影响到年老代。因为大部分对象都是从Eden区开始的，同时Eden区不会分配的很大，所以Eden区的GC会频繁进行。因而，一般在这里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden去能尽快空闲出来。

Full GC

对整个堆进行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC因为需要对整个堆进行回收，所以比Scavenge GC要慢，因此应该尽可能减少Full GC的次数。在对JVM调优的过程中，很大一部分工作就是对于FullGC的调节。有如下原因可能导致Full GC：

老年代（Tenured）被写满 持久代（Perm）被写满 System.gc()被显示调用 上一次GC之后Heap的各域分配策略动态变化 Java instanceof 关键字是如何实现的？

boolean result;
if (obj == null) {
  result = false;
} else {
  try {
      T temp = (T) obj; // checkcast
      result = true;
  } catch (ClassCastException e) {
      result = false;
  }
}
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# Java对象的内存分配过程

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# Java对象的内存分配

创建一个对象的方法有很多种，如使用new、使用反射、使用Clone方法等，但是无论如何，对象在创建过程中，都需要进行内存分配。

new举例：
当我们使用new创建对象后代码开始运行后，虚拟机执行到这条new指令的时候，会先检查要new的对象对应的类是否已被加载，如果没有被加载则先进行类加载。
在类加载检查通过之后，就需要给对象进行内存分配了，分配的内存主要用来存放对象的实例变量。

在进行内存分配时，需要根据对象中的实例变量情况等信息确定需要分配的空间大小，然后从Java堆中划分出这样一块区域（假设没有JIT优化）。
我们知道，对象的内存分配过程中，主要是对象的引用指向这个内存区域，然后进行初始化操作

# 执行java源文件

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# JVM如何执行字节码文件

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# 1、装载字节码文件

当 .java 源码被 javac.exe 编译器编译成 .class 字节码文件后，接下来的工作就交给JVM处理。
JVM首先通过类加载器(ClassLoader)，将class文件和相关Java API加载装入JVM，以供JVM后续处理。
在该阶段中，涉及到如下一些基本概念和知识。

# 1）JDK,JRE和JVM关系

  • JDK（Java Development Kit），Java开发工具包，主要用于开发，在JDK7前，JDK包括JRE
  • JRE（Java Runtime Environment），Java程序运行的核心环境，包括JVM和一些核心库
  • JVM（Java Virtual Machine），VM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的，是JRE核心模块。

# 2）JVM

JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。
Java虚拟机的主要任务是装载class文件，并执行其中的字节码，不同的Java虚拟机中，执行引擎可能有不同的实现。
大致有如下几种引擎：

  • 一次性解释字节码引擎
  • 即时编译引擎
  • 自适应优化器

关于虚拟机的实现方式，采用软件方式、硬件方式和软件硬件结合方式，这个要根据具体厂商而定。

# 3）什么是ClassLoader

虚拟机的主要任务是装载class文件并执行其中的字节码，而class文件是由虚拟机的类加载器(ClassLoader)完成的，在一个Java虚拟机中有可能存在多个类加载器。
任何java运用程序，可能会使用两种类加载器，即启动类加载器(bootstrap)和用户自定义类加载器。

启动类加载器是Java虚拟机唯一实现的一部分，它又可分为原始类装载器，系统类装载器或默认类装载器。它的主要作用是从操作系统的磁盘装载相应的类，如Java API类等。
用户自定义装载类，即按照用户自定义的方式来装载类。

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# 2、将字节码文件存储在JVM内存区

当JAVA虚拟机运行一个程序时，它需要内存来存储许多东西。
比如如字节码，程序创建的对象，传递给方法的参数，返回值，局部变量以及运算的中间结果等，这些相关信息被组织到“运行时数据区”。
根据厂商的不同，在Java虚拟机中，运行时数据区也有所不同。有些运行时数据区由线程共享，有些只能由某个特定线程共享。
运行时数据区大致可分几个区：方法区，堆区，栈区，PC寄存器区和本地方法栈区。
在该阶段中，涉及到如下基本概念和知识。

# 1）方法区

方法区用来存储解析被加载的class文件的相关信息。
当虚拟装载一个class文件后，它会从这个class文件包含的二进制数据中解析类型信息，然后将该相关信息存储到方法区中。

# 2）堆

堆是用来存储相关引用类型的，如new对象。当程序运行时，虚拟机会把所有该程序在运行时创建的对象都放到堆中。

# 3）PC寄存器

PC寄存器主要用来存储线程。当新创建一个线程时，该线程都将得到一个自己的PC寄存器(程序计数器)以及一个java栈。
Java虚拟机没有寄存器，其指令集使用Java栈来存储中间数据。

# 4）栈区

栈区主要用来存储值类型的，如基本数据类型。需要注意的是，String为引用类型，是存在堆中的。
Java栈是由许多栈帧组成的，一个栈帧包含一个Java方法调用的状态，当线程调用一个方法时，虚拟机压入一个新的栈帧到该线程的Java栈中，当该方法返回时，这个栈帧从Java栈中弹出。

# 3、执行引擎与运行时数据区交互

运行时数据区为执行引擎提供了执行环境和相关数据，执行引擎通过与运行时数据区交互，从而获取执行时需要的相关信息，存储执行的中间结果等

# 4、执行引擎与本地方法接口

当要执行本地方法时，执行引擎将调用本地方法接口来获取相关OS本地方法。
需要注意的是，本地方法与操作系统强耦合的。

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# 5、JVM在具体操作系统上执行

JVM通过调用本地接口来获取本地方法，从而实现在具体的平台上执行。比如在Linux系统上执行，在Window系统上执行和在Unix系统上执行。

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