概念

面向過程讓計(jì)算機(jī)有步驟地順序做一件事，是一種過程化思維，在使用面向過程語言開發(fā)大型項(xiàng)目時(shí)，軟件復(fù)用和維護(hù)存在很大問題，模塊之間耦合嚴(yán)重。面向?qū)ο笙鄬?duì)于面向過程而言更適合解決規(guī)模較大的問題，可以拆解問題復(fù)雜度，對(duì)現(xiàn)實(shí)事物進(jìn)行抽象并映射為開發(fā)對(duì)象，更接近人的思維。

例如開門這個(gè)動(dòng)作，面向過程是"open(Door door)"，是一種動(dòng)賓結(jié)構(gòu)，“door"是被作為操作對(duì)象的參數(shù)傳入方法的，方法內(nèi)定義開門的具體步驟實(shí)現(xiàn)。而使用面向?qū)ο蟮姆绞?#xff0c;首先會(huì)定義一個(gè)類"Door”，然后抽象出門的屬性（如尺寸、顏色）和行為（如 open 和 close），屬于主謂結(jié)構(gòu)。面向過程的代碼結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)調(diào)如何流程化地解決問題。面向?qū)ο蟮拇a強(qiáng)調(diào)高內(nèi)聚、低耦合，先抽象模型，定義共性行為，再解決實(shí)際問題。

封裝

封裝是一種對(duì)象功能內(nèi)聚的表現(xiàn)形式，在抽象基礎(chǔ)上決定信息是否公開，以及公開等級(jí)，核心問題是以什么樣的方式暴漏哪些信息。封裝的主要任務(wù)是對(duì)屬性、數(shù)據(jù)、部分內(nèi)部敏感行為實(shí)現(xiàn)隱藏，對(duì)熟悉的訪問和修改必須通過公共接口來實(shí)現(xiàn)，某些敏感方法或外部不需要感知的復(fù)雜邏輯一般也會(huì)進(jìn)行封裝。封裝使對(duì)象之間的關(guān)系變得簡(jiǎn)單，降低了代碼耦合度，有利維護(hù)。

設(shè)計(jì)模式原則的迪米特原則就是對(duì)封裝的具體要求，即 A 模塊使用 B 模塊的某個(gè)接口行為，對(duì) B 模塊中除此行為之外的其他信息知道的應(yīng)該盡可能少。之所以不直接對(duì) public 的屬性進(jìn)行讀取和修改，而是使用對(duì)應(yīng)的 getter/setter 方法，是因?yàn)榧僭O(shè)想在修改屬性時(shí)進(jìn)行權(quán)限控制、日志記錄等操作，在直接訪問屬性的情況下是無法做到的。如果將公開的屬性和行為修改為 private 則依賴模塊都會(huì)報(bào)錯(cuò)，因此在不知道使用哪種訪問控制權(quán)限時(shí)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先使用 private。

繼承

可以通過繼承來擴(kuò)展一個(gè)類，子類可以繼承父類的部分屬性和行為，使模塊具有復(fù)用性。繼承是一種"is-a"的關(guān)系，可以使用里氏替換原則判斷是否滿足"is-a"關(guān)系，即任何父類出現(xiàn)的地方子類都可以出現(xiàn)。如果父類引用直接使用子類引用來代替，可以正確編譯并執(zhí)行，輸出結(jié)果符合子類場(chǎng)景的預(yù)期，那么說明兩個(gè)類符合里氏替換原則，可以使用繼承關(guān)系。

多態(tài)

多態(tài)是以封裝和繼承為基礎(chǔ)，根據(jù)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際對(duì)象類型，同一個(gè)方法產(chǎn)生不同的運(yùn)行結(jié)果，使同一個(gè)行為具有不同的表現(xiàn)形式。多態(tài)是指在編譯層面無法確定最終調(diào)用的方法體，以重寫為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο筇匦?#xff0c;在運(yùn)行期由 JVM 進(jìn)行動(dòng)態(tài)綁定，調(diào)用合適的重寫方法體來執(zhí)行。由于重載是編譯期確定方法調(diào)用，屬于靜態(tài)綁定，本質(zhì)上重載的結(jié)果是完全不同的方法，因此一般多態(tài)專指重寫。

• 重載
  重載是指方法名稱相同，但是參數(shù)類型或參數(shù)個(gè)數(shù)不相同，是水平方向上行為的不同實(shí)現(xiàn)。對(duì)于編譯器來說，方法名稱和參數(shù)列表組成了一個(gè)唯一鍵，稱為方法簽名，JVM 通過這個(gè)唯一鍵決定調(diào)用哪種重載的方法。
  JVM 在重載方法中，選擇合適的目標(biāo)方法的順序：① 精確匹配。② 如果是基本數(shù)據(jù)類型，自動(dòng)轉(zhuǎn)換成更大表示范圍的基本類型。③ 通過自動(dòng)拆箱與裝箱。④ 通過子類向上轉(zhuǎn)型繼承路線依次匹配。⑤ 通過可變參數(shù)匹配。
  不管繼承關(guān)系如何復(fù)雜，重載在編譯時(shí)可以根據(jù)規(guī)則知道調(diào)用哪種目標(biāo)方法，因此重載屬于靜態(tài)綁定。

• 重寫
  重寫是指子類實(shí)現(xiàn)接口或者繼承父類時(shí)，保持方法簽名完全相同，實(shí)現(xiàn)不同的方法體，是垂直方向上行為的不同實(shí)現(xiàn)。
  元空間有一個(gè)方法表保存著每個(gè)可以實(shí)例化類的方法信息，JVM 可以通過方法表快速激活實(shí)例方法。如果某個(gè)類重寫了父類的某個(gè)方法，則方法表中的方法指向引用會(huì)指向子類的實(shí)現(xiàn)處。需要注意父類引用執(zhí)行子類方法時(shí)無法調(diào)用子類存在而父類不存在的方法。
  重寫的子類方法訪問權(quán)限不能變小，返回類型和拋出的異常類型不能變大，且必須加 @Override 注解。

P6：訪問權(quán)限控制符

P7：Object 類

Object 的類是所有類的父類，Object 類的方法：

• equals：用于檢測(cè)一個(gè)對(duì)象是否等于另一個(gè)對(duì)象，默認(rèn)使用 == 比較兩個(gè)對(duì)象的引用，可以重寫 equals 方法自定義比較規(guī)則。equals 方法需要滿足以下規(guī)范：自反性、對(duì)稱性、傳遞性、一致性并對(duì)于任何非空引用 x，x.equals(null) 返回 false。
• hashCode：散列碼是由對(duì)象導(dǎo)出的一個(gè)整型值，是沒有規(guī)律的，每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)默認(rèn)的散列碼，值由對(duì)象的存儲(chǔ)地址得出。字符串可能有相同的散列碼，因?yàn)樽址纳⒘写a是由內(nèi)容導(dǎo)出的。為了在集合中正確使用對(duì)象，一般需要同時(shí)重寫 equals 和 hashCode 方法，要求是 equals 相同是 hashCode 必須相同，但 hashCode 相同時(shí) equals 未必相同，因此 hashCode 是兩個(gè)對(duì)象相同的必要不充分條件。
• toString：打印對(duì)象時(shí)默認(rèn)會(huì)調(diào)用它的 toString 方法，如果沒有重寫該方法默認(rèn)打印的是表示對(duì)象值的一個(gè)字符串，一般需要重寫該方法。打印數(shù)組時(shí)可以使用 Arrays.toString() 方法。
• clone：clone 方法聲明為 protected，類只能通過該方法克隆它自己的對(duì)象，如果希望其他類也能調(diào)用該方法必須定義該方法為 public。如果一個(gè)對(duì)象的類沒有實(shí)現(xiàn) Cloneable 接口，該對(duì)象調(diào)用 clone 方法會(huì)拋出一個(gè) CloneNotSupport 異常。默認(rèn)的 clone 方法是淺拷貝，一般重寫 clone 方法需要實(shí)現(xiàn) Cloneable 接口并指定訪問修飾符為 public。
  • 淺拷貝：只復(fù)制當(dāng)前對(duì)象的基本數(shù)據(jù)類型以及相應(yīng)的引用變量，但沒有復(fù)制引用變量指向的實(shí)際對(duì)象。對(duì)克隆對(duì)象的修改可能會(huì)影響原對(duì)象，是不安全的。
  • 深拷貝：會(huì)完全拷貝基本數(shù)據(jù)類型和引用數(shù)據(jù)類型，深拷貝是安全的。
• finalize：要確定一個(gè)對(duì)象死亡至少要經(jīng)過兩次標(biāo)記，如果對(duì)象在進(jìn)行可達(dá)性分析后發(fā)現(xiàn)沒有與 GC Roots 連接的引用鏈，會(huì)被第一次標(biāo)記，隨后進(jìn)行一次篩選，篩選條件是此對(duì)象是否有必要執(zhí)行 finalize 方法。假如對(duì)象沒有重寫 finalize 方法或者該方法已經(jīng)被虛擬機(jī)調(diào)用過，這兩種情況視為沒有必要執(zhí)行。如果判斷為有必要執(zhí)行，對(duì)象就會(huì)被放置在一個(gè)叫做 F-Queue 的隊(duì)列中，由一條虛擬機(jī)自動(dòng)建立的低調(diào)度優(yōu)先級(jí)的 Finalizer 線程去執(zhí)行其 finalize 方法。虛擬機(jī)會(huì)觸發(fā)該方法但不保證它會(huì)運(yùn)行結(jié)束，這是為了防止某個(gè)對(duì)象的 finalize 方法執(zhí)行緩慢或發(fā)生死循環(huán)。只要對(duì)象在 finalize 方法中重新與引用鏈上的任何一個(gè)對(duì)象建立關(guān)聯(lián)就會(huì)在第二次標(biāo)記時(shí)被移出即將回收集合。由于運(yùn)行代價(jià)高昂，不確定性大，無法保證各個(gè)對(duì)象的調(diào)用順序，在 JDK 9 已經(jīng)被標(biāo)記為過時(shí)方法，因此它并不適合釋放資源，釋放資源可以使用 try-finally 代碼塊。
• getClass：返回包含對(duì)象信息的類對(duì)象。
• wait / notify / notifyAll：阻塞或喚醒持有該對(duì)象鎖的線程。

P8：內(nèi)部類

使用內(nèi)部類主要有兩個(gè)原因：內(nèi)部類可以對(duì)同一個(gè)包中的其他類隱藏。內(nèi)部類方法可以訪問定義這個(gè)內(nèi)部類的作用域中的數(shù)據(jù)，包括原本私有的數(shù)據(jù)。內(nèi)部類是一個(gè)編譯器現(xiàn)象，與虛擬機(jī)無關(guān)。編譯器會(huì)把內(nèi)部類轉(zhuǎn)換成常規(guī)的類文件，用美元符號(hào) $ 分隔外部類名與內(nèi)部類名，其中匿名內(nèi)部類使用數(shù)字進(jìn)行編號(hào)，虛擬機(jī)對(duì)此一無所知。

靜態(tài)內(nèi)部類：由 static 修飾，屬于外部類本身，只加載一次。靜態(tài)內(nèi)部類的好處是作用域僅在包內(nèi)，可以通過 外部類.內(nèi)部類 直接訪問，并且靜態(tài)內(nèi)部類可以訪問外部類中所有靜態(tài)屬性和方法。例如 HashMap 中的 Node 節(jié)點(diǎn)，ReentrantLock 中繼承自 AQS 的 Sync 類，ArrayList 中的 SubList 都是靜態(tài)內(nèi)部類。內(nèi)部類中還可以定義內(nèi)部類，例如 ThreadLoacl 靜態(tài)內(nèi)部類 ThreadLoaclMap 中還定義了一個(gè)內(nèi)部類 Entry。

成員內(nèi)部類：屬于外部類的每個(gè)對(duì)象，隨對(duì)象一起加載。不可以定義靜態(tài)成員和方法，可以訪問外部類的所有內(nèi)容。

局部?jī)?nèi)部類：定義在方法或者表達(dá)式內(nèi)部。不能聲明訪問修飾符，只能定義實(shí)例成員變量和實(shí)例方法，作用范圍僅在聲明這個(gè)局部類的代碼塊中。

匿名內(nèi)部類：沒有名字的局部?jī)?nèi)部類，可以簡(jiǎn)化代碼，匿名內(nèi)部類會(huì)立即創(chuàng)建一個(gè)匿名內(nèi)部類的對(duì)象返回，對(duì)象類型相當(dāng)于當(dāng)前 new 的類的子類類型。匿名內(nèi)部類一般用于實(shí)現(xiàn)事件監(jiān)聽器和其他回調(diào)。

P9：接口和抽象類

定義類的過程就是抽象和封裝的過程，而接口和抽象類則是對(duì)實(shí)體類進(jìn)行更高層次的抽象，僅定義公共行為和特征。

抽象類在被繼承時(shí)體現(xiàn)的是 is-a 關(guān)系，接口在被實(shí)現(xiàn)時(shí)體現(xiàn)的是 can-do 關(guān)系。與接口相比，抽象類通常是對(duì)同類事物相對(duì)具體的抽象，通常包含抽象方法、實(shí)體方法、屬性變量。is-a 關(guān)系需要符合里氏替換原則，can-do 關(guān)系要符合接口隔離原則，實(shí)現(xiàn)類要有能力去實(shí)現(xiàn)并執(zhí)行接口定義的行為。例如 Plane 和 Bird 都具有 fly 方法，應(yīng)該把 fly 定義為一個(gè)接口，而不是作為某個(gè)抽象類的方法，再利用 is-a 關(guān)系去繼承抽象類，因?yàn)槌?fly 這個(gè)行為外，Plane 和 Bird 之間很難找到其他共同特征。

抽象類是模板式設(shè)計(jì)，包含一組具體的特征，例如某品牌特定型號(hào)的汽車，底盤、控制電路、剎車系統(tǒng)等是抽象出來的共同特征，但根據(jù)不同級(jí)別的配置，內(nèi)飾，顯示屏，座椅材質(zhì)可以存在不同版本的實(shí)現(xiàn)。

接口是契約式設(shè)計(jì)，是開放的，就像一份合同，定義了方法名、參數(shù)、返回值甚至拋出的異常類型，誰都可以實(shí)現(xiàn)它，但必須要遵守這個(gè)接口的約定。例如所有車輛都必須實(shí)現(xiàn)剎車這個(gè)強(qiáng)制行為規(guī)范。

接口是頂級(jí)的類，雖然關(guān)鍵詞是 interface，但編譯之后的字節(jié)碼擴(kuò)展名還是 .class，抽象類在接口下面的第二層，對(duì)各個(gè)接口進(jìn)行了組合，然后實(shí)現(xiàn)部分接口。當(dāng)糾結(jié)定義接口和抽象類時(shí)，推薦定義為接口，遵循接口隔離原則，按某個(gè)維度劃分成多個(gè)接口，然后再利用抽象類去實(shí)現(xiàn)這些接口，這樣做有利于后續(xù)的擴(kuò)展和重構(gòu)。

P10：static 關(guān)鍵字

static 關(guān)鍵字主要有兩個(gè)作用：（1）為某特定數(shù)據(jù)類型或?qū)ο蠓峙鋯我坏拇鎯?chǔ)空間，而與創(chuàng)建對(duì)象的個(gè)數(shù)無關(guān)。（2）讓某個(gè)屬性或方法與類而不是對(duì)象關(guān)聯(lián)在一起，可以在不創(chuàng)建對(duì)象的情況下通過類名來訪問。

作用范圍

static 修飾的變量稱為靜態(tài)變量，也叫類變量，可以直接通過類名訪問，靜態(tài)變量存儲(chǔ)在 JVM 的方法區(qū)中。

static 修飾的方法稱為靜態(tài)方法，也叫類方法，可以直接通過類名訪問，靜態(tài)方法只能訪問靜態(tài)變量或靜態(tài)方法，不能訪問實(shí)例成員變量和實(shí)例方法，也不能使用 this 和 super 關(guān)鍵字，通常用于定義工具類方法。

static 修飾的代碼塊稱為靜態(tài)代碼塊，只能定義在類下，在類加載時(shí)執(zhí)行且只會(huì)執(zhí)行一次，通常用于初始化屬性和環(huán)境配置等。

static 修飾的類稱為靜態(tài)內(nèi)部類，可以訪問外部類的靜態(tài)變量和方法。

static 也可以用來導(dǎo)入包下的靜態(tài)變量。

類初始化的順序

（1）父類靜態(tài)代碼塊和靜態(tài)變量

（2）子類靜態(tài)代碼塊和靜態(tài)變量

（3）父類普通代碼塊和普通變量

（4）父類構(gòu)造方法

（5）子類普通代碼塊和普通變量

（6）子類構(gòu)造方法

其中代碼塊和變量的初始化順序按照類中聲明的順序執(zhí)行。

P11：序列化和反序列化

Java 對(duì)象在 JVM 運(yùn)行時(shí)被創(chuàng)建，當(dāng) JVM 退出時(shí)存活對(duì)象都會(huì)銷毀，如果需要將對(duì)象及其狀態(tài)持久化，就需要通過序列化來實(shí)現(xiàn)，將內(nèi)存中的對(duì)象保存在二進(jìn)制流中，在需要時(shí)再將二進(jìn)制流反序列化為對(duì)象。對(duì)象序列化保存的是對(duì)象的狀態(tài)，因此類中的靜態(tài)變量不會(huì)被序列化，因?yàn)殪o態(tài)變量是類屬性。除了靜態(tài)變量外，transient 修飾的變量也不會(huì)被序列化。transient 的作用就是把這字段的生命周期僅限于內(nèi)存中而不會(huì)寫到磁盤里持久化，被 transient 修飾的變量會(huì)被設(shè)為對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)類型的默認(rèn)初始值。

序列化的常用常見是 RPC 框架的數(shù)據(jù)傳輸，常見的序列化有三種：

• Java 原生序列化
  實(shí)現(xiàn) Serializabale 標(biāo)記接口，Java 序列化保留了對(duì)象類的元數(shù)據(jù)（如類、成員變量、繼承類信息等），以及對(duì)象數(shù)據(jù)等，兼容性最好，但不支持跨語言，性能一般。序列化和反序列化必須保持序列化 ID 的一致，一般使用 private static final long serialVersionUID 定義序列化 ID，如果不設(shè)置編譯器會(huì)根據(jù)類的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成該值。如果是兼容升級(jí)不應(yīng)該修改序列化 ID，如果是不兼容升級(jí)則需要修改。使用 Java 原生序列化不會(huì)調(diào)用類的無參構(gòu)造方法，而是調(diào)用本地方法將成員變量賦值為對(duì)應(yīng)類型的初始值，基于性能一般不推薦使用。
• Hessian 序列化
  Hessian 序列化是一種支持動(dòng)態(tài)類型、跨語言、基于對(duì)象傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議。Java 對(duì)象序列化的二進(jìn)制流可以被其它語言反序列化。Hessian 協(xié)議的特性：① 自描述序列化類型，不依賴外部描述文件或接口定義，用一個(gè)字節(jié)表示常用基礎(chǔ)類型，極大縮短二進(jìn)制流。② 語言無關(guān)，支持腳本語言。③ 協(xié)議簡(jiǎn)單，比 Java 原生序列化高效。Hessian 會(huì)把復(fù)雜對(duì)象所有屬性存儲(chǔ)在一個(gè) Map 中進(jìn)行序列化，當(dāng)父類和子類存在同名成員變量時(shí)會(huì)先序列化子類，再序列化父類，因此子類值會(huì)被父類覆蓋。
• JSON 序列化
  JSON 是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)格式，JSON 序列化就是將數(shù)據(jù)對(duì)象轉(zhuǎn)換為 JSON 字符串，在序列化過程中拋棄了類型信息，所以反序列化時(shí)只有提供類型信息才能準(zhǔn)確進(jìn)行。相比前兩種方式可讀性更好，方便調(diào)試。

序列化通常會(huì)使用網(wǎng)絡(luò)傳輸對(duì)象，而對(duì)象中往往有敏感數(shù)據(jù)，容易遭受攻擊，Jackson 和 fastjson 等都出現(xiàn)過反序列化漏洞，因此有些對(duì)象的敏感屬性不需要進(jìn)行序列化傳輸時(shí)應(yīng)該加上 transient 關(guān)鍵字。如果一定要傳遞敏感屬性可以使用對(duì)稱與非對(duì)稱加密方式獨(dú)立傳輸，再使用某個(gè)方法把屬性還原到對(duì)象中。

P12：反射

在運(yùn)行狀態(tài)中，對(duì)于任意一個(gè)類，都能夠知道這個(gè)類的所有屬性和方法，對(duì)于任意一個(gè)對(duì)象，都能夠調(diào)用它的任意一個(gè)方法和屬性；這種動(dòng)態(tài)獲取的信息以及動(dòng)態(tài)調(diào)用對(duì)象的方法的功能稱為Java的反射機(jī)制。優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)獲取類的全部信息，缺點(diǎn)是破壞了類的封裝性，泛型的約束性。反射是框架的核心靈魂，動(dòng)態(tài)代理設(shè)計(jì)模式采用了反射機(jī)制，還有 Spring、Hibernate 等框架也大量使用到了反射機(jī)制。

在程序運(yùn)行期間，Java 運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)始終為所有對(duì)象維護(hù)一個(gè)運(yùn)行時(shí)類型標(biāo)識(shí)，這個(gè)信息會(huì)跟蹤每個(gè)對(duì)象所屬的類，虛擬機(jī)利用運(yùn)行時(shí)類型信息選擇要執(zhí)行的正確方法，保存這些信息的類名為 Class。

獲取 Class 實(shí)例的方法有三種：① 直接通過 類名.class 。②通過對(duì)象的 getClass()方法。③通過 Class.forName(類的全限定名)。Class 類中的 getFields、getMethods 和 getConstructors 方法分別返回這個(gè)類支持的公共字段、方法和構(gòu)造方法的數(shù)組，其中包括父類的公共成員。Class 類中的 getDeclaredFields、getDeclaredMethods 和 getDeclaredConstructors方法分別返回這個(gè)類聲明的全部字段、方法和構(gòu)造方法的數(shù)組，其中包括私有成員、包成員和受保護(hù)成員，但不包括父類的成員。

Field、Method、Constructor 分別用于描述類的字段、方法和構(gòu)造方法。這三個(gè)類都有一個(gè) getName 方法返回字段、方法或構(gòu)造方法的名稱。Field 類有一個(gè) getType 方法用來返回描述字段類型的一個(gè)對(duì)象，這個(gè)對(duì)象的類型也是 Class。Method 和 Constructor 類有報(bào)告參數(shù)類型的方法，Method 類還有一個(gè)報(bào)告返回類型的方法。這三個(gè)類都有一個(gè) getModifiers 方法，它返回一個(gè)整數(shù)，用不同的 0/1 位描述所使用的修飾符。

P13：注解

注解是一種標(biāo)記，可以使類或接口附加額外的信息，是幫助編譯器和 JVM 完成一些特定功能的，例如常用注解 @Override 標(biāo)識(shí)一個(gè)方法是重寫方法。

元注解就是自定義注解的注解，包括：

• @Target：用來約束注解作用的位置，值是枚舉類 ElementType 的枚舉實(shí)例，包括 METHOD 方法、VARIABLE 變量、TYPE 類/接口、PARAMETER 方法參數(shù)、CONSTRUCTORS 構(gòu)造方法和 LOACL_VARIABLE 局部變量等。
• @Rentention：用來約束注解的生命周期，值是 RetentionPolicy 枚舉類實(shí)例，包括：SOURCE 源碼、CLASS 字節(jié)碼和 RUNTIME 運(yùn)行時(shí)。
• @Documented：表明這個(gè)注解應(yīng)該被 javadoc 工具記錄。
• @Inherited：表面某個(gè)被標(biāo)注的類型是被繼承的。

P14：異常

所有的異常都是 Throwable 的子類，分為 Error 和 Exception。Error 描述了 Java 運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的內(nèi)部錯(cuò)誤和資源耗盡錯(cuò)誤，例如 StackOverFlowException 和 OutOfMemoryException，這種異常程序無法處理。Exception 又分為受檢異常和非受檢異常，受檢異常是需要在代碼中顯式處理的異常，否則會(huì)編譯出錯(cuò)，非受檢異常是運(yùn)行時(shí)異常，繼承自 RuntimeException。

受檢異常又可以分為：① 無能為力型，程序無法處理，例如字段超長(zhǎng)導(dǎo)致的 SQLException。一般處理的方法是完整保存異?，F(xiàn)場(chǎng)，供開發(fā)人員解決。② 力所能及型，如發(fā)生未授權(quán)異常 UnAuthorizedException，程序可跳轉(zhuǎn)至權(quán)限申請(qǐng)頁面。常見的受檢異常還有FileNotFoundException、ClassNotFoundException、IOException等。

非受檢異常又可以分為：① 可預(yù)測(cè)的異常，例如 IndexOutOfBoundsException、NullPointerException 等，這類異常應(yīng)該提前做好處理。② 需捕捉異常，例如進(jìn)行 RPC 調(diào)用時(shí)產(chǎn)生的遠(yuǎn)程服務(wù)超時(shí)異常，這類異常是客戶端必須顯式處理的。③ 可透出異常，主要指框架或系統(tǒng)產(chǎn)生的且會(huì)自行處理的異常，而程序無需關(guān)心，例如 Spring 中拋出的 NoSuchRequestHandingMethodException，Spring 會(huì)自動(dòng)完成異常處理，默認(rèn)將拋出的異常自動(dòng)映射到合適的狀態(tài)碼。

以坐飛機(jī)為例，機(jī)場(chǎng)地震屬于不可抗力，對(duì)應(yīng)了 Error。飛機(jī)延誤屬于受檢異常，應(yīng)對(duì)這種異常無能為力，堵車也屬于受檢異常，應(yīng)對(duì)這種異?？梢蕴崆俺腔蚋暮灐]有帶身份證屬于可預(yù)測(cè)的異常，汽車突然拋錨屬于需捕捉異常，雖然難以預(yù)料但必須處理，檢票機(jī)器故障屬于可透出異常，由機(jī)場(chǎng)處理而無需我們關(guān)心。

異常處理

拋出異常：遇到異常不進(jìn)行具體處理，而是將異常拋出給調(diào)用者，由調(diào)用者根據(jù)情況處理。拋出異常有2種形式，一種是 throws 關(guān)鍵字聲明拋出的異常，作用在方法上，一種是使用throw 語句直接拋出異常，作用在方法內(nèi)。

捕獲異常：使用 try/catch 進(jìn)行異常的捕獲，try 中發(fā)生的異常會(huì)被 catch 代碼塊捕獲，根據(jù)情況進(jìn)行處理，如果有 finally 代碼塊無論是否發(fā)生異常都會(huì)執(zhí)行，一般用于釋放資源，Java 7 開始可以將資源定義在 try 代碼塊中自動(dòng)釋放資源。

P15：泛型

泛型的本質(zhì)是參數(shù)化類型，解決不確定具體對(duì)象類型的問題。泛型在定義處只具備執(zhí)行 Object 方法的能力。泛型的好處：① 類型安全，放置的是說明取出來就是什么，不存在 ClassCastException 異常。② 提升可讀性，從編碼階段就顯式地知道泛型集合、泛型方法等處理的對(duì)象類型是什么。③ 代碼重用，泛型合并了同類型的處理代碼。

類型擦除

虛擬機(jī)沒有泛型類型對(duì)象，所有對(duì)象都屬于普通類。無論何時(shí)定義一個(gè)泛型類型，都會(huì)自動(dòng)提供一個(gè)相應(yīng)的原始類型，原始類型的名字就是去掉類型參數(shù)后的泛型類型名。類型變量會(huì)被擦除，如果沒有限定類型就會(huì)替換為 Object，如果有限定類型就會(huì)替換為第一個(gè)限定類型，例如 <T extends A & B> 會(huì)使用 A 類型替換 T。

泛型主要用于編譯階段，在編譯后生成的 Java 字節(jié)代碼文件中不包含泛型中的類型信息。

泛型規(guī)范

泛型限定

對(duì)泛型上限的限定使用<? extends T>，它表示該通配符所代表的類型是 T 類的子類型或 T 接口的子接口。

對(duì)泛型下限的限定使用<? super T>，它表示該通配符所代表的類型是 T 類的父類型或 T 接口的父接口。

P16：Java 8 新特性

lambda 表達(dá)式：lambda 表達(dá)式允許把函數(shù)作為一個(gè)方法的參數(shù)傳遞到方法中，主要用來簡(jiǎn)化匿名內(nèi)部類的代碼。

函數(shù)式接口：使用 @FunctionalInterface 注解標(biāo)識(shí)，有且僅有一個(gè)抽象方法，可以被隱式轉(zhuǎn)換為 lambda 表達(dá)式。

方法引用：可以直接引用已有類或?qū)ο蟮姆椒ɑ驑?gòu)造方法，進(jìn)一步簡(jiǎn)化 lambda 表達(dá)式。方法引用有四種形式：引用構(gòu)造方法、引用類的靜態(tài)方法、引用特定類的任意對(duì)象方法、引用某個(gè)對(duì)象的方法。

接口中的方法：接口中可以定義 default 修飾的默認(rèn)方法，降低了接口升級(jí)的復(fù)雜性，還可以定義靜態(tài)方法。

注解：Java 8 引入了重復(fù)注解機(jī)制，相同的注解在同一個(gè)地方可以聲明多次。注解的作用范圍也進(jìn)行了擴(kuò)展，可以作用于局部變量、泛型、方法異常等。

類型推測(cè)：加強(qiáng)了類型推測(cè)機(jī)制，可以使代碼更加簡(jiǎn)潔，例如在定義泛型集合時(shí)可以省略對(duì)象中的泛型參數(shù)。

Optional 類：用來處理空指針異常，提高代碼可讀性。

Stream 類：把函數(shù)式編程風(fēng)格引入 Java 語言，提供了很多功能，可以使代碼更加簡(jiǎn)潔。方法包括 forEach 遍歷、count 統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)、filter 按條件過濾、limit 取前 n 個(gè)元素、skip 跳過前 n 個(gè)元素、map 映射加工、concat 合并stream流等。

日期：增強(qiáng)了日期和時(shí)間的 API，新的 java.time 包主要包含了處理日期、時(shí)間、日期/時(shí)間、時(shí)區(qū)、時(shí)刻和時(shí)鐘等操作。

JavaScript：Java 8 提供了一個(gè)新的 JavaScript 引擎，它允許在 JVM上運(yùn)行特定的 JavaScript 應(yīng)用。

P17：Java IO

同步和異步是通信機(jī)制，阻塞和非阻塞是調(diào)用狀態(tài)。

同步 IO 是用戶線程發(fā)起 I/O 請(qǐng)求后需要等待或者輪詢內(nèi)核 I/O 操作完成后才能繼續(xù)執(zhí)行。

異步 IO 是用戶線程發(fā)起 I/O 請(qǐng)求后仍可以繼續(xù)執(zhí)行，當(dāng)內(nèi)核 I/O 操作完成后會(huì)通知用戶線程，或者調(diào)用用戶線程注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)。

阻塞 IO 是指 I/O 操作需要徹底完成后才能返回用戶空間 。

非阻塞 IO 是指 I/O 操作被調(diào)用后立即返回一個(gè)狀態(tài)值，無需等 I/O 操作徹底完成。

BIO

同步阻塞式 IO，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)連接請(qǐng)求對(duì)應(yīng)一個(gè)線程，即客戶端有連接請(qǐng)求時(shí)服務(wù)器端就需要啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理，如果這個(gè)連接不做任何事情會(huì)造成不必要的線程開銷。可以通過線程池機(jī)制改善，這種 IO 稱為偽異步 IO。

主要分為字符流和字節(jié)流，字符流包括字符輸入流 Reader 和字符輸出流 Writer，字節(jié)流包括字節(jié)輸入流 InputStream 和 字節(jié)輸出流 OutputStream，字節(jié)流和字符流都有對(duì)應(yīng)的緩沖流和過濾流，也可以將字節(jié)流包裝為字符流。

適用場(chǎng)景：連接數(shù)目少、服務(wù)器資源多、開發(fā)難度低。

NIO

同步非阻塞 IO，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為多個(gè)連接請(qǐng)求對(duì)應(yīng)一個(gè)線程，客戶端發(fā)送的連接請(qǐng)求都會(huì)注冊(cè)到一個(gè)多路復(fù)用器 Selector 上，多路復(fù)用器輪詢到連接有I/O請(qǐng)求時(shí)才啟動(dòng)一個(gè)線程進(jìn)行處理，有數(shù)據(jù)才會(huì)開啟線程處理，性能比較好。

同步是指線程還是要不斷接收客戶端連接并處理數(shù)據(jù)，非阻塞是指如果一個(gè)管道沒有數(shù)據(jù)，不需要等待，可以輪詢下一個(gè)管道。

有三個(gè)核心組件：

Selector

選擇器或多路復(fù)用器，主要作用是輪詢檢查多個(gè) Channel 的狀態(tài)，判斷 Channel 注冊(cè)的事件是否發(fā)生，即判斷 Channel 是否處于可讀或可寫狀態(tài)。在使用之前需要將 Channel 注冊(cè)到 Selector 上，注冊(cè)之后會(huì)得到一個(gè) SelectionKey，通過 SelectionKey 可以獲取 Channel 和 Selector 的相關(guān)信息。

Channel

雙向通道，替換了 IO 中的 Stream，不能直接訪問數(shù)據(jù)，要通過 Buffer 來讀寫數(shù)據(jù)，也可以和其他 Channel 交互。

FileChannel 處理文件、DatagramChannel 處理 UDP 數(shù)據(jù)、SocketChannel 處理 TCP 數(shù)據(jù)，用作客戶端、ServerSocketChannel 處理 TCP 數(shù)據(jù)，用作服務(wù)器端。

Buffer

緩沖區(qū)，本質(zhì)是一塊可讀寫數(shù)據(jù)的內(nèi)存，這塊內(nèi)存被包裝成 NIO 的 Buffer 對(duì)象，用來簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的讀寫。Buffer 的三個(gè)重要屬性：position 表示下一次讀寫數(shù)據(jù)的位置，limit 表示本次讀寫的極限位置，capacity 表示最大容量。

• flip() 將寫轉(zhuǎn)為讀，底層實(shí)現(xiàn)原理是把 position 置 0，并把 limit 設(shè)為當(dāng)前的 position 值。
• 通過 clear() 將讀轉(zhuǎn)為寫模式（用于讀完全部數(shù)據(jù)的情況，把 position 置 0，limit 設(shè)為 capacity）。
• 通過 compact() 將讀轉(zhuǎn)為寫模式（用于沒有讀完全部數(shù)據(jù)，存在未讀數(shù)據(jù)的情況，讓 position 指向未讀數(shù)據(jù)的下一個(gè)）。
• 通道的方向和 Buffer 的方向是相反的，讀取數(shù)據(jù)相當(dāng)于向 Buffer 寫入，寫出數(shù)據(jù)相當(dāng)于從 Buffer 讀取。

使用步驟：向 Buffer 寫入數(shù)據(jù)，調(diào)用 flip 方法將 Buffer 從寫模式切換為讀模式，從 Buffer 中讀取數(shù)據(jù)，調(diào)用 clear 或 compact 方法來清空 Buffer。

適應(yīng)場(chǎng)景：連接數(shù)目多、連接時(shí)間短、開發(fā)難度高。

AIO

異步非阻塞 IO，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)模式為一個(gè)有效請(qǐng)求對(duì)應(yīng)一個(gè)線程,客戶端的 I/O 請(qǐng)求都是由操作系統(tǒng)先完成 IO 操作后再通知服務(wù)器應(yīng)用來啟動(dòng)線程直接使用數(shù)據(jù)。

異步是指服務(wù)端線程接收到客戶端管道后就交給底層處理IO通信，自己可以做其他事情，非阻塞是指客戶端有數(shù)據(jù)才會(huì)處理，處理好再通知服務(wù)器。

AsynchronousServerSocketChannel 異步服務(wù)器端通道，通過靜態(tài)方法 open() 獲取實(shí)例，通過 accept 方法獲取客戶端連接通道。

AsynchronousSocketChannel 異步客戶端通道，通過靜態(tài)方法 open() 獲取實(shí)例，過 connect 方法連接服務(wù)器通道。

AsynchronousChannelGroup 異步通道分組管理器，它可以實(shí)現(xiàn)資源共享。創(chuàng)建時(shí)需要傳入一個(gè)ExecutorService，也就是綁定一個(gè)線程池，該線程池負(fù)責(zé)兩個(gè)任務(wù)：處理 IO 事件和觸發(fā) CompletionHandler 回調(diào)接口。

實(shí)現(xiàn)方式：

通過 Future 的 get 方法進(jìn)行阻塞式調(diào)用。

通過實(shí)現(xiàn) CompletionHandler 接口，重寫請(qǐng)求成功的回調(diào)方法 completed() 和 請(qǐng)求失敗回調(diào)方法 failed()。

適用場(chǎng)景：連接數(shù)目多、連接時(shí)間長(zhǎng)、開發(fā)難度高。

P18：List

List 集合是線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要實(shí)現(xiàn)，集合元素通常存在明確的前驅(qū)和后繼元素以及首尾元素。List 集合的遍歷結(jié)果是穩(wěn)定的，最常用的是 ArrayList 和 LinkedList。

ArrayList

ArrayList 是容量可以改變的非線程安全集合，內(nèi)部使用數(shù)組進(jìn)行存儲(chǔ)，集合擴(kuò)容時(shí)會(huì)創(chuàng)建更大的數(shù)組空間，把原有數(shù)組復(fù)制到新數(shù)組中。ArrayList 支持對(duì)元素的快速隨機(jī)訪問，但是插入與刪除時(shí)速度通常很慢。ArrayList 實(shí)現(xiàn)了 RandomAcess 標(biāo)記接口，如果一個(gè)類實(shí)現(xiàn)了該接口，那么表示這個(gè)類使用索引遍歷比迭代器更快。

三個(gè)重要的成員變量：

• elementData：ArrayList 的數(shù)據(jù)域，被 transient 修飾，表示在類的序列化時(shí)被忽視，集合序列化時(shí)會(huì)調(diào)用 writeObject 寫入流中，在網(wǎng)絡(luò)客戶端反序列化的 readObject 中會(huì)重新賦值到新對(duì)象的 elementData 中。之所以這樣做的原因是 elementData 容量通常會(huì)大于實(shí)際存儲(chǔ)元素的數(shù)量，所以只需發(fā)送真正有實(shí)際值的數(shù)組元素即可。
• size：表示當(dāng)前實(shí)際大小，elementData 的大小是大于等于 size 的。
• modCount：繼承自 AbstractList，記錄了結(jié)構(gòu)性變化的次數(shù)，所有涉及結(jié)構(gòu)變化的方法都會(huì)增加該值。expectedModCount 是在迭代器初始化時(shí)記錄的 modCount 值，每次訪問新元素時(shí)都會(huì)檢查 modCount 和 expectedModCount 是否相等，如果不相等就會(huì)拋出異常。這種機(jī)制叫做 fail-fast，所有集合類都有這種機(jī)制。

可以使用線程安全的 CopyOnWriteArrayList 代替 ArrayList，它實(shí)現(xiàn)了讀寫分離。如果是寫操作則復(fù)制一個(gè)新的集合，在新集合內(nèi)添加或刪除元素，待修改完成之后再將原集合的引用指向新集合。這樣做的好處是可以高并發(fā)地進(jìn)行讀寫操作而不需要加鎖，因?yàn)楫?dāng)前集合不會(huì)添加任何元素。使用時(shí)注意盡量設(shè)置容量初始值，避免多次擴(kuò)容，并且可以使用批量添加或刪除，比如只增加一個(gè)元素卻復(fù)制整個(gè)集合。CopyOnWriteArrayList 適合讀多寫少的場(chǎng)景，單個(gè)添加時(shí)效率極低。CopyOnWriteArrayList 是 fail-safe 的，并發(fā)包的集合都是這種機(jī)制，fail-safe 是在安全的副本上進(jìn)行遍歷，集合修改與副本的遍歷沒有任何關(guān)系，但缺點(diǎn)就是無法讀取到最新的數(shù)據(jù)。這也是 CAP 理論中 C 和 A 的矛盾，即一致性與可用性的矛盾。

LinkedList

LinkedList 本質(zhì)是雙向鏈表，與 ArrayList 相比插入和刪除速度更快，但是隨機(jī)訪問元素則很慢。除了繼承自 AbstractList 外，它還實(shí)現(xiàn)了 Deque 接口，這個(gè)接口同時(shí)具有隊(duì)列和棧的性質(zhì)。成員變量被 transient 修飾，序列化原理和 ArrayList 類似。

LinkedList 包含三個(gè)重要的成員：size、first 和 last。size 是雙向鏈表中節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。first 和 last 分別指向首尾節(jié)點(diǎn)的引用。

LinkedList 的優(yōu)點(diǎn)在于可以將零散的內(nèi)存單元通過附加引用的方式關(guān)聯(lián)起來，形成按鏈路順序查找的線性結(jié)構(gòu)，內(nèi)存利用率較高。

Vector 和 Stack

Vector 的實(shí)現(xiàn)和 ArrayList 基本一致，底層使用的也是數(shù)組，它和 ArrayList 的區(qū)別主要在于：① Vector 的所有公有方法都使用了 synchronized 修飾保證線程安全性。② 增長(zhǎng)策略不同，Vector 多了一個(gè)成員變量 capacityIncrement 用于標(biāo)明擴(kuò)容的增量。

Stack 是 Vector 的子類，實(shí)現(xiàn)和 Vector基本一致，與之相比多提供了一些方法表達(dá)棧的含義。

P19：Set

Set 是不允許出現(xiàn)重復(fù)元素的集合類型，常用的是 HashSet、TreeSet 和 LinkedHashSet。

HashSet 的是通過 HashMap 實(shí)現(xiàn)的，HashMap 的 Key 值即 HashSet 存儲(chǔ)的元素，所有 Key 都使用相同的 Value ，一個(gè) static final 修飾的變量名為 PRESENT 的 Object 類型的對(duì)象。使用 Key 保證集合元素的唯一性，但它不保證集合元素的有序性。由于 HashSet 的底層是 HashMap 實(shí)現(xiàn)的，HashMap 是線程不安全的，因此 HashSet 也是線程不安全的。

HashSet 判斷元素是否相同時(shí)，對(duì)于基本類型的包裝類，直接按值進(jìn)行比較。對(duì)于引用數(shù)據(jù)類型，會(huì)先比較 hashCode 返回值是否相同，如果不同則代表不是同一個(gè)對(duì)象，如果相同則繼續(xù)比較 equals 方法返回值是否相同，都相同說明是同一個(gè)對(duì)象。

TreeSet 的是使用 TreeMap 實(shí)現(xiàn)的，底層為樹結(jié)構(gòu)，在添加新元素到集合中時(shí)，按照某種比較規(guī)則將其插入合適的位置，保證插入后的集合仍然是有序的。LinkedHashSet 繼承自 HashSet，內(nèi)部使用鏈表維護(hù)了元素插入的順序。

P20：紅黑樹

AVL 樹是一種平衡二叉查找樹，增加和刪除節(jié)點(diǎn)后通過樹形旋轉(zhuǎn)重新達(dá)到平衡。右旋是以某個(gè)節(jié)點(diǎn)為中心，將它沉入當(dāng)前右子節(jié)點(diǎn)的位置，而讓當(dāng)前的左子節(jié)點(diǎn)作為新樹的根節(jié)點(diǎn)，也稱為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。同理左旋是以某個(gè)節(jié)點(diǎn)為中心，將它沉入當(dāng)前左子節(jié)點(diǎn)的位置，而讓當(dāng)前的右子節(jié)點(diǎn)作為新樹的根節(jié)點(diǎn)，也稱為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

紅黑樹是 1972 年發(fā)明的，當(dāng)時(shí)稱為對(duì)稱二叉 B 樹，1978 年正式命名為紅黑樹，它的主要特征是在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上增加一個(gè)屬性來表示節(jié)點(diǎn)的顏色，可以是紅色也可以是黑色。紅黑樹和 AVL 樹類似，都是在進(jìn)行插入和刪除元素時(shí)，通過特定的旋轉(zhuǎn)來保持自身平衡的，從而獲得較高的查找性能。與 AVL 樹相比，紅黑樹不追求所有遞歸子樹的高度差不超過 1，而是保證從根節(jié)點(diǎn)到葉尾的最長(zhǎng)路徑不超過最短路徑的 2 倍，所以它的最差時(shí)間復(fù)雜度也是 O(log_n)。紅黑樹通過重新著色和左右旋轉(zhuǎn)，更加高效地完成了插入和刪除之后的自平衡調(diào)整。

紅黑樹在本質(zhì)上還是二叉查找樹，它額外引入了 5 個(gè)約束條件：① 節(jié)點(diǎn)只能是紅色或黑色。② 根節(jié)點(diǎn)必須是黑色。③ 所有 NIL 節(jié)點(diǎn)都是黑色的。④ 一條路徑上不能出現(xiàn)相鄰的兩個(gè)紅色節(jié)點(diǎn)。⑤ 在任何遞歸子樹中，根節(jié)點(diǎn)到葉子節(jié)點(diǎn)的所有路徑上包含相同數(shù)目的黑色節(jié)點(diǎn)。這五個(gè)約束條件保證了紅黑樹的新增、刪除、查找的最壞時(shí)間復(fù)雜度均為 O(log_n)。如果一個(gè)樹的左子節(jié)點(diǎn)或右子節(jié)點(diǎn)不存在，則均認(rèn)定為黑色。紅黑樹的任何旋轉(zhuǎn)在 3 次之內(nèi)均可完成。

紅黑樹的平衡性不如 AVL 樹，它維持的只是一種大致的平衡，并不嚴(yán)格保證左右子樹的高度差不超過 1。這導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)數(shù)相同的情況下，紅黑樹的高度可能更高，也就是說平均查找次數(shù)會(huì)高于相同情況的 AVL 樹。在插入時(shí)，紅黑樹和 AVL 樹都能在至多兩次旋轉(zhuǎn)內(nèi)恢復(fù)平衡，在刪除時(shí)由于紅黑樹只追求大致平衡，因此紅黑樹至多三次旋轉(zhuǎn)可以恢復(fù)平衡，而 AVL 樹最多需要 O(log_n) 次。AVL 樹在插入和刪除時(shí)，將向上回溯確定是否需要旋轉(zhuǎn)，這個(gè)回溯的時(shí)間成本最差為 O(log_n)，而紅黑樹每次向上回溯的步長(zhǎng)為 2，回溯成本低。因此面對(duì)頻繁地插入與刪除紅黑樹更加合適。

P21：TreeMap

基于紅黑樹實(shí)現(xiàn)的 TreeMap 提供了平均和最差時(shí)間復(fù)雜度均為 O(log_n) 的增刪改查操作，該集合最大的特點(diǎn)就是 Key 的有序性。TreeMap 繼承了 SortedMap 和 NavigableMap，SortedMap 表示 Key 是有序不可重復(fù)的，支持獲取頭尾 Key-Value 元素，或者根據(jù) Key 指定范圍獲取子集合等。插入的 Key 必須實(shí)現(xiàn) Comparable 接口或提供額外的 Comparator 比較器，所以 Key 不允許為 null。NavigableMap 繼承了 SortedMap，根據(jù)指定的搜索條件返回最匹配的 Key-Value 元素。

不同于 HashMap 的是 TreeMap 并非一定要重寫 hashCode 和 equals 方法來達(dá)到 Key 去重的目的。HashMap 是依靠 hashCode 和 equals 來去重的，而 TreeMap 依靠 Comparable 或 Comparator 來實(shí)現(xiàn)去重。 TreeMap 對(duì) Key 進(jìn)行排序時(shí)，如果比較器不為空就會(huì)優(yōu)先使用比較器的 compare 方法，如果比較器為空就會(huì)使用 Key 實(shí)現(xiàn)的自然排序 Comparable 接口的 compareTo 方法，如果兩者都不滿足就會(huì)拋出異常。

TreeMap 通過 put 和 deleteEntry 實(shí)現(xiàn)紅黑樹增加和刪除節(jié)點(diǎn)的操作。插入新節(jié)點(diǎn)的規(guī)則有三個(gè)：① 需要調(diào)整的新節(jié)點(diǎn)總是紅色的。② 如果插入新節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)是黑色的，不需要調(diào)整。③ 如果插入新節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)是紅色的，由于紅黑樹中不能出現(xiàn)相鄰的紅色，則進(jìn)入循環(huán)判斷，通過重新著色或左右旋轉(zhuǎn)來調(diào)整。TreeMap 的插入操作就是按照 Key 的對(duì)比往下遍歷，大于比較節(jié)點(diǎn)值的向右查找，小于的向左查找，先按照二叉查找樹的特性操作，無需關(guān)心節(jié)點(diǎn)顏色與樹的平衡，后續(xù)會(huì)重新著色和旋轉(zhuǎn)，保持紅黑樹的特性。

TreeMap 是線程不安全的集合，在多線程操作時(shí)需要添加互斥機(jī)制，或者把對(duì)象放在 Collections.synchronizedMap() 中實(shí)現(xiàn)同步。在 JDK 7 之后的 HashMap、TreeSet、ConcurrentHashMap 也都是使用紅黑樹的方式管理節(jié)點(diǎn)。如果只是對(duì)單個(gè)元素進(jìn)行排序，使用 TreeSet 即可。TreeSet 的底層就是 TreeMap，Value 共享一個(gè)靜態(tài)的 Object 對(duì)象。

P22：HashMap

JDK 8 之前

底層實(shí)現(xiàn)是數(shù)組 + 鏈表，主要成員變量包括：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的 table 數(shù)組、鍵值對(duì)數(shù)量 size、加載因子 loadFactor。

table 數(shù)組用于記錄 HashMap 的所有數(shù)據(jù)，它的每一個(gè)下標(biāo)都對(duì)應(yīng)一條鏈表，所有哈希沖突的數(shù)據(jù)都會(huì)被存放到同一條鏈表中，Entry 是鏈表的節(jié)點(diǎn)元素，包含四個(gè)成員變量：鍵 key、值 value、指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針 next 和元素的散列值 hash。

在 HashMap 中數(shù)據(jù)都是以鍵值對(duì)的形式存在的，鍵對(duì)應(yīng)的 hash 值將會(huì)作為其在數(shù)組里的下標(biāo)，如果兩個(gè)元素 key 的 hash 值一樣，就會(huì)發(fā)送哈希沖突，被放到同一個(gè)下標(biāo)中的鏈表上，為了使 HashMap 的查詢效率盡可能高，應(yīng)該使鍵的 hash 值盡可能分散。

HashMap 默認(rèn)初始化容量為 16，擴(kuò)容容量必須是 2 的冪次方、最大容量為 1<< 30 、默認(rèn)加載因子為 0.75。

1.put 方法：添加元素

① 如果 key 為 null 值，直接存入 table[0]。② 如果 key 不為 null 值，先計(jì)算 key 對(duì)應(yīng)的散列值。③ 調(diào)用 indexFor 方法根據(jù) key 的散列值和數(shù)組的長(zhǎng)度計(jì)算元素存放的下標(biāo) i。④ 遍歷 table[i] 對(duì)應(yīng)的鏈表，如果 key 已經(jīng)存在，就更新其 value 值然后返回舊的 value 值。⑤ 如果 key 不存在，就將 modCount 的值加 1，使用 addEntry 方法增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并返回 null 值。

2.hash 方法：計(jì)算元素 key 對(duì)應(yīng)的散列值

① 處理 String 類型的數(shù)據(jù)時(shí)，直接調(diào)用對(duì)應(yīng)方法來獲取最終的hash值。② 處理其他類型數(shù)據(jù)時(shí)，提供一個(gè)相對(duì)于 HashMap 實(shí)例唯一不變的隨機(jī)值 hashSeed 作為計(jì)算的初始量。③ 執(zhí)行異或和無符號(hào)右移操作使 hash 值更加離散，減小哈希沖突的概率。

3.indexFor 方法：計(jì)算元素下標(biāo)

直接將 hash 值和數(shù)組長(zhǎng)度 - 1 進(jìn)行與操作并返回，保證計(jì)算后的結(jié)果不會(huì)超過 table 數(shù)組的長(zhǎng)度范圍。

4.resize 方法：根據(jù) newCapacity 來確定新的擴(kuò)容閾值 threshold

① 如果當(dāng)前容量已經(jīng)達(dá)到了最大容量，就將閾值設(shè)置為 Integer 的最大值，之后擴(kuò)容就不會(huì)再觸發(fā)。② 創(chuàng)建一個(gè)新的容量為 newCapacity 的 Entry 數(shù)組，并調(diào)用 transfer 方法將舊數(shù)組的元素轉(zhuǎn)移到新數(shù)組.③ 將閾值設(shè)為 newCapacity x loadFactor 和 最大容量 + 1 的較小值。

5.transfer：轉(zhuǎn)移舊數(shù)組到新數(shù)組

① 遍歷舊數(shù)組的所有元素，調(diào)用 rehash 方法判斷是否需要哈希重構(gòu)，如果需要就重新計(jì)算元素 key 的散列值。② 調(diào)用 indexFor 方法根據(jù) key 的散列值和數(shù)組的長(zhǎng)度計(jì)算元素存放的下標(biāo) i，利用頭插法將舊數(shù)組的元素轉(zhuǎn)移到新的數(shù)組。

6.get 方法：根據(jù) key 獲取元素的 value 值

① 如果 key 為 null 值，調(diào)用 getForNullKey 方法，如果 size 為 0 表示鏈表為空，返回 null 值。如果 size 不為 0，說明存在鏈表，遍歷 table[0] 的鏈表，如果找到了 key 為 null 的節(jié)點(diǎn)則返回其 value 值，否則返回 null 值。

② 調(diào)用 getEntry 方法，如果 size 為 0 表示鏈表為空，返回 null 值。如果 size 不為 0，首先計(jì)算 key 的散列值，然后遍歷該鏈表的所有節(jié)點(diǎn)，如果節(jié)點(diǎn)的 key 值和 hash 值都和要查找的元素相同則返回其 Entry 節(jié)點(diǎn)。

③ 如果找到了對(duì)應(yīng)的 Entry 節(jié)點(diǎn)，調(diào)用 getValue 方法獲取其 value 值并返回，否則返回 null 值。

JDK 8 開始

使用的是數(shù)組 + 鏈表/紅黑樹的形式，table 數(shù)組的元素?cái)?shù)據(jù)類型換成了 Entry 的靜態(tài)實(shí)現(xiàn)類 Node。

1.put 方法：添加元素

① 調(diào)用 putVal 方法添加元素。

② 如果 table 為空或沒有元素時(shí)就進(jìn)行擴(kuò)容，否則計(jì)算元素下標(biāo)位置，如果不存在就新創(chuàng)建一個(gè)節(jié)點(diǎn)存入。

③ 如果首節(jié)點(diǎn)和待插入元素的 hash值和 key 值都一樣，直接更新 value 值。

④ 如果首節(jié)點(diǎn)是 TreeNode 類型，調(diào)用 putTreeVal 方法增加一個(gè)樹節(jié)點(diǎn)，每一次都比較插入節(jié)點(diǎn)和當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的大小，待插入節(jié)點(diǎn)小就往左子樹查找，否則往右子樹查找，找到空位后執(zhí)行兩個(gè)方法：balanceInsert 方法，把節(jié)點(diǎn)插入紅黑樹并對(duì)紅黑樹進(jìn)行調(diào)整使之平衡; moveRootToFront 方法，由于調(diào)整平衡后根節(jié)點(diǎn)可能變化，table 里記錄的節(jié)點(diǎn)不再是根節(jié)點(diǎn)，需要重置根節(jié)點(diǎn)。

⑤ 如果是鏈表節(jié)點(diǎn)，就遍歷鏈表，根據(jù) hash 值和 key 值判斷是否重復(fù)，決定更新值還是新增節(jié)點(diǎn)。如果遍歷到了鏈表末尾，添加鏈表元素，如果達(dá)到了建樹閾值，還需要調(diào)用 treeifyBin 方法把鏈表重構(gòu)為紅黑樹。

⑥ 存放元素后，將 modCount 值加 1，如果 節(jié)點(diǎn)數(shù) + 1 大于擴(kuò)容閾值，還需要進(jìn)行擴(kuò)容。

2.get 方法：根據(jù) key 獲取元素的 value 值

① 調(diào)用 getNode 方法獲取 Node 節(jié)點(diǎn)，如果不是 null 值就返回 Node 節(jié)點(diǎn)的 value 值，否則返回 null。

② 如果數(shù)組不為空，先比較第一個(gè)節(jié)點(diǎn)和要查找元素的 hash 值和 key 值，如果都相同則直接返回。

③ 如果第二個(gè)節(jié)點(diǎn)是 TreeNode 節(jié)點(diǎn)則調(diào)用 getTreeNode 方法進(jìn)行查找，否則遍歷鏈表根據(jù) hash 值和 key 值進(jìn)行查找，如果沒有找到就返回 null。

3.hash 方法：計(jì)算元素 key 對(duì)應(yīng)的散列值

Java 8 的計(jì)算過程簡(jiǎn)單了許多，如果 key 非空就將 key 的 hashCode() 返回值的高低16位進(jìn)行異或操作，這主要是為了讓盡可能多的位參與運(yùn)算，讓結(jié)果中的 0 和 1 分布得更加均勻，從而降低哈希沖突的概率。

4.resize 方法：擴(kuò)容數(shù)組

重新規(guī)劃長(zhǎng)度和閾值，如果長(zhǎng)度發(fā)生了變化，部分?jǐn)?shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)也要重新排列。

重新規(guī)劃長(zhǎng)度

① 如果 size 超出擴(kuò)容閾值，把 table 容量增加為之前的2倍。

② 如果新的 table 容量小于默認(rèn)的初始化容量16，那么將 table 容量重置為16。

③ 如果新的 table 容量大于等于最大容量，那么將閾值設(shè)為 Integer 的最大值，并且 return 終止擴(kuò)容，由于 size 不可能超過該值因此之后不會(huì)再發(fā)生擴(kuò)容。

重新排列數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)

① 如果節(jié)點(diǎn)為 null 值則不進(jìn)行處理。

② 如果節(jié)點(diǎn)不為 null 值且沒有next節(jié)點(diǎn)，那么重新計(jì)算其散列值然后存入新的 table 數(shù)組中。

③ 如果節(jié)點(diǎn)為 TreeNode 節(jié)點(diǎn)，那么調(diào)用 split 方法進(jìn)行處理，該方法用于對(duì)紅黑樹調(diào)整，如果太小會(huì)退化回鏈表。

④ 如果節(jié)點(diǎn)是鏈表節(jié)點(diǎn)，需要將鏈表拆分為 hashCode() 返回值超出舊容量的鏈表和未超出容量的鏈表。對(duì)于hash & oldCap == 0 的部分不需要做處理，反之需要放到新的下標(biāo)位置上，新下標(biāo) = 舊下標(biāo) + 舊容量。

線程安全

Java 7 的 HashMap 存在死循環(huán)和數(shù)據(jù)丟失問題。

并發(fā)賦值被覆蓋：在 createEntry 方法中，新添加的元素直接放在頭部，使得新添加的元素在下次提取時(shí)可以更快被訪問到，但是如果兩個(gè)線程如果同時(shí)執(zhí)行到此處，就會(huì)導(dǎo)致其中一個(gè)線程的賦值被覆蓋，這是數(shù)據(jù)丟失的原因之一。

已遍歷區(qū)間新增元素丟失：當(dāng)某個(gè)線程在 transfer 方法遷移時(shí)，其他線程新增的元素可能落在已經(jīng)遍歷過的哈希槽上。在遍歷完成后，table 數(shù)組引用指向了 newTable，這時(shí)新增元素就會(huì)丟失，被垃圾收集器回收。

新表被覆蓋：如果擴(kuò)容完成，執(zhí)行了 table = newTable，則后續(xù)的元素就可以在新表上進(jìn)行插入操作。但是如果多線程同時(shí)擴(kuò)容，每個(gè)線程又都會(huì) new 一個(gè)數(shù)組對(duì)象，這是線程內(nèi)的局部數(shù)組對(duì)象，線程之間不可見。遷移完成后，resize 線程會(huì)賦值給 table，從而覆蓋其他線程的操作，因此在新表中進(jìn)行插入操作的對(duì)象都會(huì)被丟棄。

擴(kuò)容時(shí) resize 方法調(diào)用的 transfer 方法中使用頭插法遷移元素，雖然 newTable 是局部變量，但是原先 table 中的 Entry 鏈表是共享的，產(chǎn)生問題的根源是 Entry 的 next 指針被并發(fā)修改，這可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失、兩個(gè)對(duì)象互鏈或者對(duì)象自己互鏈，形成環(huán)路的原因是兩個(gè)線程都執(zhí)行完第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的遍歷操作后，到第二個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生互鏈。

JDK 8 的 HashMap 在 resize 方法中完成擴(kuò)容，并且改用了尾插法，不會(huì)產(chǎn)生死循環(huán)的問題，但是在多線程的情況下還是可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)覆蓋的問題，因此依舊線程不安全?？梢允褂?ConcurrentHashMap 代替或者 Collections.synchronizedMap 包裝成同步集合。

JVM 15

P1：運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)

程序計(jì)數(shù)器

程序計(jì)數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間，可以看作當(dāng)前線程所執(zhí)行字節(jié)碼的行號(hào)指示器。字節(jié)碼解釋器工作時(shí)通過改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，它是程序控制流的指示器，分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、線程恢復(fù)等功能都需要依賴計(jì)數(shù)器完成。程序計(jì)數(shù)器是線程私有的，各條線程之間互不影響。

如果線程正在執(zhí)行的是一個(gè) Java 方法，計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址。如果正在執(zhí)行的是本地（Native）方法，計(jì)數(shù)器值則應(yīng)為空（Undefined）。

此區(qū)域是唯一在虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何內(nèi)存溢出情況的區(qū)域。

Java 虛擬機(jī)棧

Java 虛擬機(jī)棧是線程私有的，用來描述 Java 方法的內(nèi)存模型。每當(dāng)有新的線程創(chuàng)建時(shí)就會(huì)給它分配一個(gè)?？臻g，當(dāng)線程結(jié)束后?？臻g就被回收，因此棧與線程擁有相同的生命周期。棧中的元素用于支持虛擬機(jī)進(jìn)行方法調(diào)用，每個(gè)方法在執(zhí)行的時(shí)候都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀用來存儲(chǔ)這個(gè)方法的局部變量表、操作棧、動(dòng)態(tài)鏈接和方法出口等信息。每個(gè)方法從開始調(diào)用到執(zhí)行完成的過程，就是棧幀從入棧到出棧的過程。在活動(dòng)線程中，只有位于棧頂?shù)膸攀怯行У?#xff0c;稱為當(dāng)前棧幀。

該區(qū)域有兩類異常情況：如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出 StackOverflowError 異常。如果 JVM 棧容量可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，當(dāng)棧擴(kuò)展時(shí)無法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存會(huì)拋出 OutOfMemoryError 異常（HotSpot 不可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，不存在此問題）。

本地方法棧

本地方法棧與虛擬機(jī)棧的作用相似，不同的是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行 Java 方法（字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧是為虛擬機(jī)棧用到的本地（Native）方法服務(wù)。調(diào)用本地方法時(shí)虛擬機(jī)棧保持不變，動(dòng)態(tài)鏈接并直接調(diào)用指定的本地方法。

虛擬機(jī)規(guī)范對(duì)本地方法棧中方法所用語言、使用方式與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無強(qiáng)制規(guī)定，具體的虛擬機(jī)可根據(jù)需要自由實(shí)現(xiàn)，例如 HotSpot 直接將虛擬機(jī)棧和本地方法棧合二為一。

與虛擬機(jī)棧一樣，本地方法棧也會(huì)在棧深度異常和棧擴(kuò)展失敗時(shí)分別拋出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 異常。

Java 堆

堆是虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊，是被所有線程共享的，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。堆用來存放對(duì)象實(shí)例，Java 里幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存。堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，但在邏輯上它應(yīng)該被視為連續(xù)的。但對(duì)于大對(duì)象（例如數(shù)組），多數(shù)虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)出于簡(jiǎn)單、存儲(chǔ)高效的考慮會(huì)要求連續(xù)的內(nèi)存空間。

堆既可以被實(shí)現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴(kuò)展的，可以通過 -Xms 和 -Xmx 設(shè)置堆的最小和最大容量，當(dāng)前主流的 JVM 都是按照可擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)的。如果在堆中沒有內(nèi)存完成實(shí)例分配，并且堆也無法再擴(kuò)展時(shí)，虛擬機(jī)將拋出 OutOfMemoryError 異常。

方法區(qū)

方法區(qū)和 Java 堆一樣是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲(chǔ)被虛擬機(jī)加載的類型信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼緩存等數(shù)據(jù)。

JDK 8 之前使用永久代來實(shí)現(xiàn)方法區(qū)，這種設(shè)計(jì)導(dǎo)致了容易發(fā)生內(nèi)存溢出，因?yàn)橛谰么?-XX:MaxPermSize的上限，即使不設(shè)置也有默認(rèn)大小。JDK 7 時(shí)把原本放在永久代的字符串常量池、靜態(tài)變量等移出，到了 JDK8 時(shí)永久代被完全廢棄，改用在本地內(nèi)存中實(shí)現(xiàn)的元空間代替，把 JDK 7 中永久代剩余內(nèi)容（主要是類型信息）全部移到元空間。

虛擬機(jī)規(guī)范對(duì)方法區(qū)的約束很寬松，除了和堆一樣不需要連續(xù)內(nèi)存和可以選擇固定大小/可擴(kuò)展外，還可以不實(shí)現(xiàn)垃圾回收。垃圾回收在該區(qū)域出現(xiàn)較少，主要目標(biāo)針對(duì)常量池和類型卸載。如果方法區(qū)無法滿足新的內(nèi)存分配需求，將拋出 OutOfMemoryError 異常。

運(yùn)行時(shí)常量池

運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分，Class 文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項(xiàng)信息是常量池表，用于存放編譯器生成的各種字面量與符號(hào)引用，這部分內(nèi)容將在類加載后存放到運(yùn)行時(shí)常量池。一般來說，除了保存 Class 文件中描述的符號(hào)引用外，還會(huì)把符號(hào)引用翻譯出來的直接引用也存儲(chǔ)在運(yùn)行時(shí)常量池中。

運(yùn)行時(shí)常量池相對(duì)于 Class 文件常量池的一個(gè)重要特征是具備動(dòng)態(tài)性，Java 并不要求常量一定只有編譯期才能產(chǎn)生，也就是說并非預(yù)置入 Class 文件常量池的內(nèi)容才能進(jìn)入方法區(qū)運(yùn)行時(shí)常量池，運(yùn)行期間也可以將新的常量放入池中，例如 String 類的 intern 方法。

由于運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分，自然受到方法區(qū)內(nèi)存的限制，當(dāng)常量池?zé)o法再申請(qǐng)到內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出 OutOfMemoryError 異常。

直接內(nèi)存

直接內(nèi)存不是運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域，但這部分內(nèi)存被頻繁使用，而且可能導(dǎo)致內(nèi)存溢出。

JDK 1.4 中新加入了 NIO 模型，引入了一種基于通道與緩沖區(qū)的 IO 方式，它可以使用 Native 函數(shù)庫(kù)直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個(gè)存儲(chǔ)在 Java 堆里的 DirectByteBuffer 對(duì)象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作，能在一些場(chǎng)景中顯著提高性能，避免了在 Java 堆和 Native堆中來回復(fù)制數(shù)據(jù)。

直接內(nèi)存的分配不會(huì)受到 Java 堆大小的限制，但還是會(huì)受到本機(jī)總內(nèi)存大小以及處理器尋址空間的限制，一般配置虛擬機(jī)參數(shù)時(shí)會(huì)根據(jù)實(shí)際內(nèi)存設(shè)置 -Xmx 等參數(shù)信息，但經(jīng)常忽略掉直接內(nèi)存，使各個(gè)內(nèi)存區(qū)域總和大于物理內(nèi)存限制，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)擴(kuò)展時(shí)出現(xiàn) OOM 異常。

P2：對(duì)象創(chuàng)建的過程

字節(jié)碼角度

• NEW：如果找不到 Class 對(duì)象則進(jìn)行類加載。加載成功后在堆中分配內(nèi)存，從 Object 到本類路徑上的所有屬性值都要分配內(nèi)存。分配完畢后進(jìn)行零值設(shè)置。這個(gè)指令完成后，將指向?qū)嵗龑?duì)象的引用變量壓入虛擬機(jī)棧頂。
• DUP：在棧頂復(fù)制該引用變量，這時(shí)棧頂有兩個(gè)指向堆內(nèi)實(shí)例的引用變量。如果 init 方法有參數(shù)還需要把參數(shù)壓入操作棧中。兩個(gè)引用變量的目的不同，棧底的引用用于賦值或保存到局部變量表，棧頂?shù)囊米鳛榫浔{(diào)用相關(guān)方法。
• INVOKESPECIAL：通過棧頂?shù)囊米兞空{(diào)用 init 方法。

執(zhí)行角度

當(dāng) JVM 遇到一條字節(jié)碼 new 指令時(shí)，首先將檢查該指令的參數(shù)能否在常量池中定位到一個(gè)類的符號(hào)引用，并檢查這個(gè)引用代表的類是否已被加載、解析和初始化，如果沒有就必須先執(zhí)行類加載。

在類加載檢查通過后虛擬機(jī)將為新生對(duì)象分配內(nèi)存。對(duì)象所需內(nèi)存的大小在類加載完成后便可完全確定，分配空間的任務(wù)實(shí)際上等于把一塊確定大小的內(nèi)存塊從 Java 堆中劃分出來。假設(shè) Java 堆內(nèi)存是規(guī)整的，被使用過的內(nèi)存都放在一邊，空閑的內(nèi)存放在另一邊，中間放著一個(gè)指針作為分界指示器，分配內(nèi)存就是把該指針向空閑方向挪動(dòng)一段與對(duì)象大小相等的距離，這種方式叫"指針碰撞"。

如果 Java 堆中的內(nèi)存不是規(guī)整的，那么虛擬機(jī)就必須維護(hù)一個(gè)列表記錄哪些內(nèi)存塊可用，在分配時(shí)從列表中找到一塊足夠大的空間劃分給對(duì)象實(shí)例并更新列表上的記錄，這種方式叫做"空閑列表"。

選擇哪種分配方式由堆是否規(guī)整決定，堆是否規(guī)整又由所用垃圾回收器是否帶有空間壓縮整理能力決定。因此使用 Serial、ParNew 等帶壓縮整理的收集器時(shí)，系統(tǒng)采用指針碰撞；當(dāng)使用 CMS 這種基于清除算法的垃圾收集器時(shí)，采用空間列表。

對(duì)象創(chuàng)建十分頻繁，即使修改一個(gè)指針的位置在并發(fā)情況下也不是線程安全的，可能出現(xiàn)正給對(duì)象 A 分配內(nèi)存，指針還沒來得及修改，對(duì)象 B 又同時(shí)使用了指針來分配內(nèi)存的情況。解決該問題有兩個(gè)方法：① 采用 CAS 加失敗重試保證更新操作的原子性。② 把內(nèi)存分配的動(dòng)作按照線程劃分在不同空間進(jìn)行，即每個(gè)線程在 Java 堆中預(yù)先分配一小塊內(nèi)存，叫做本地線程分配緩沖 TLAB，哪個(gè)線程要分配內(nèi)存就在對(duì)應(yīng)的 TLAB 分配，只有 TLAB 用完了才需要同步。

內(nèi)存分配完成后虛擬機(jī)必須將成員變量設(shè)定為零值，保證對(duì)象的實(shí)例字段可以不賦初始值就直接使用。

初始化為零值后，設(shè)置對(duì)象頭，包括哈希碼、GC 信息、鎖信息、對(duì)象所屬類的類元信息等。

最后執(zhí)行 init 方法，初始化成員變量，執(zhí)行實(shí)例化代碼塊，調(diào)用類的構(gòu)造方法，并把堆內(nèi)對(duì)象的首地址賦值給引用變量。

P3：對(duì)象的內(nèi)存布局

在 HotSpot 虛擬機(jī)中，對(duì)象在堆內(nèi)存中的存儲(chǔ)布局可分為三個(gè)部分。

對(duì)象頭

對(duì)象頭占用 12B，存儲(chǔ)內(nèi)容包括對(duì)象標(biāo)記和類元信息。對(duì)象標(biāo)記存儲(chǔ)對(duì)象本身的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，如哈希碼、GC 標(biāo)記、鎖信息、線程關(guān)聯(lián)信息等，這部分?jǐn)?shù)據(jù)在 64 位 JVM 上占用 8B，稱為"Mark Word"。為了存儲(chǔ)更多的狀態(tài)信息，對(duì)象標(biāo)記的存儲(chǔ)格式是不固定的，與具體 JVM 實(shí)現(xiàn)有關(guān)。

類元信息存儲(chǔ)的是對(duì)象指向它的類元數(shù)據(jù)的首地址，占用 4B。JVM 通過該指針來確定對(duì)象是哪個(gè)類的實(shí)例。并非所有虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)都必須在對(duì)象數(shù)據(jù)上保留類型指針，查找對(duì)象的元數(shù)據(jù)不一定要經(jīng)過對(duì)象本身。此外如果對(duì)象是一個(gè) Java 數(shù)組，在對(duì)象頭還必須有一塊用于記錄數(shù)組長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。

實(shí)例數(shù)據(jù)

實(shí)例數(shù)據(jù)是對(duì)象真正存儲(chǔ)的有效信息，即本類對(duì)象的實(shí)例成員變量和所有可見的父類成員變量。存儲(chǔ)順序會(huì)受到虛擬機(jī)分配策略參數(shù)和字段在源碼中定義順序的影響。相同寬度的字段總是被分配到一起存放，在滿足該前提條件的情況下父類中定義的變量會(huì)出現(xiàn)在子類之前。

對(duì)齊填充

這部分不是必然存在的，僅起占位符的作用。由于 HotSpot 虛擬機(jī)的自動(dòng)內(nèi)存管理系統(tǒng)要求對(duì)象的起始地址必須是 8 字節(jié)的整數(shù)倍，而對(duì)象頭已經(jīng)被設(shè)為正好是 8 字節(jié)的整數(shù)倍，因此如果對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)部分沒有對(duì)齊，就需要對(duì)齊填充來補(bǔ)全。

P4：對(duì)象的訪問定位

Java 程序會(huì)通過棧上的 reference 數(shù)據(jù)來操作堆上的具體對(duì)象，而具體對(duì)象訪問方式是由虛擬機(jī)決定的，主流的訪問方式主要有使用句柄和直接指針兩種。

使用句柄

如果使用句柄訪問，Java 堆中將可能會(huì)劃分出一塊內(nèi)存作為句柄池，reference 中存儲(chǔ)的就是對(duì)象的句柄地址，而句柄中包含了對(duì)象實(shí)例數(shù)據(jù)與類型數(shù)據(jù)各自具體的地址信息。

優(yōu)點(diǎn)是 reference 中存儲(chǔ)的是穩(wěn)定句柄地址，在對(duì)象被移動(dòng)（處于垃圾收集過程中）時(shí)只會(huì)改變句柄中的實(shí)例數(shù)據(jù)指針，而 reference 本身不需要被修改。

直接指針

如果使用直接指針訪問的話，Java 堆中對(duì)象的內(nèi)存布局就必須考慮如何放置訪問類型數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，reference中存儲(chǔ)的直接就是對(duì)象地址，如果只是訪問對(duì)象本身的話就不需要多一次間接訪問的開銷。

優(yōu)點(diǎn)就是速度更快，節(jié)省了一次指針定位的時(shí)間開銷，HotSpot 主要使用的就是直接指針來進(jìn)行對(duì)象訪問。

P5：內(nèi)存溢出異常

Java 堆溢出

Java 堆用于存儲(chǔ)對(duì)象實(shí)例，我們只要不斷創(chuàng)建對(duì)象，并且保證GC Roots到對(duì)象有可達(dá)路徑來避免垃圾回收機(jī)制清除這些對(duì)象，那么隨著對(duì)象數(shù)量的增加，總?cè)萘坑|及最大堆容量的限制后就會(huì)產(chǎn)生OOM異常。例如在 while 死循環(huán)中一直 new 創(chuàng)建實(shí)例。

Java 堆內(nèi)存的 OOM 是實(shí)際應(yīng)用中最常見的 OOM 情況，常規(guī)的處理方法是先通過內(nèi)存映像分析工具對(duì) Dump 出來的堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照進(jìn)行分析，確認(rèn)內(nèi)存中導(dǎo)致 OOM 的對(duì)象是否是必要的，即分清楚到底是出現(xiàn)了內(nèi)存泄漏還是內(nèi)存溢出。

如果是內(nèi)存泄漏，可進(jìn)一步通過工具查看泄漏對(duì)象到 GC Roots 的引用鏈，找到泄露對(duì)象是通過怎樣的引用路徑、與哪些GC Roots相關(guān)聯(lián)才導(dǎo)致垃圾收集器無法回收它們，一般可以準(zhǔn)確定位到對(duì)象創(chuàng)建的位置進(jìn)而找出產(chǎn)生內(nèi)存泄漏代碼的具體位置。

如果不是內(nèi)存泄漏，即內(nèi)存中的對(duì)象確實(shí)都是必須存活的那就應(yīng)當(dāng)檢查 JVM 的堆參數(shù)設(shè)置，與機(jī)器的內(nèi)存相比是否還有向上調(diào)整的空間。再?gòu)拇a上檢查是否存在某些對(duì)象生命周期過長(zhǎng)、持有狀態(tài)時(shí)間過長(zhǎng)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等情況，盡量減少程序運(yùn)行期的內(nèi)存消耗。

虛擬機(jī)棧和本地方法棧溢出

由于HotSpot虛擬機(jī)不區(qū)分虛擬機(jī)和本地方法棧，因此設(shè)置本地方法棧大小的參數(shù)沒有意義，棧容量只能由 -Xss 參數(shù)來設(shè)定，存在兩種異常：

• StackOverflowError：如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常。例如一個(gè)遞歸方法不斷調(diào)用自己。
  該異常有明確錯(cuò)誤堆?？晒┓治?#xff0c;容易定位到問題所在。

• OutOfMemoryError：如果 JVM 棧容量可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，當(dāng)棧擴(kuò)展時(shí)無法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。HotSpot 虛擬機(jī)不支持虛擬機(jī)棧的擴(kuò)展，所以除非在創(chuàng)建線程申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)就因無法獲得足夠內(nèi)存而出現(xiàn)OOM異常，否則在線程運(yùn)行時(shí)是不會(huì)因?yàn)閿U(kuò)展而導(dǎo)致內(nèi)存溢出的，只會(huì)因?yàn)闂Ｈ萘繜o法容納新的棧幀而導(dǎo)致StackOverflowError異常。

運(yùn)行時(shí)常量池溢出

String 類的 intern 方法是一個(gè)本地方法，作用是如果字符串常量池中已經(jīng)包含一個(gè)等于此 String 對(duì)象的字符串，則返回代表池中這個(gè)字符串的 String 對(duì)象的引用，否則將此 String 對(duì)象包含的字符串添加到常量池并返回此 String 對(duì)象的引用。

在 JDK 6 及之前常量池都分配在永久代，因此可以通過 -XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 限制永久代大小，間接限制常量池。在 while 死循環(huán)中不斷調(diào)用 intern 方法導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)常量池溢出。

在 JDK 7 及之后不會(huì)出現(xiàn)該問題，因?yàn)榇娣旁谟谰么淖址Ａ砍匾呀?jīng)被移至 Java 堆中。

方法區(qū)溢出

方法區(qū)的主要職責(zé)是存放類型信息，如類名、訪問修飾符、常量池、字段描述、方法描述等。只要不斷在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的類去填滿方法區(qū)，就會(huì)導(dǎo)致溢出。例如使用 JDK 反射或 CGLib 直接操作字節(jié)碼在運(yùn)行時(shí)生成大量的類。當(dāng)前的很多主流框架如 Spring、Hibernate 等對(duì)類增強(qiáng)時(shí)都會(huì)使用 CGLib 這類字節(jié)碼技術(shù)，增強(qiáng)的類越多就需要越大的方法區(qū)保證動(dòng)態(tài)生成的新類型可以載入內(nèi)存，也就更容易導(dǎo)致方法區(qū)溢出。

JDK 8 之后永久代完全被廢棄，取而代之的是元空間，HotSpot 提供了一些參數(shù)作為元空間的防御措施：

-XX:MaxMetaspaceSize：設(shè)置元空間的最大值，默認(rèn) -1，表示不限制即只受限于本地內(nèi)存大小。

-XX:MetaspaceSize：指定元空間的初始大小，以字節(jié)為單位，達(dá)到該值就會(huì)觸發(fā)垃圾收集進(jìn)行類型卸載，同時(shí)收集器會(huì)對(duì)該值進(jìn)行調(diào)整：如果釋放了大量空間就適當(dāng)降低該值，如果釋放了很少的空間就適當(dāng)提高該值。

-XX:MinMetaspaceFreeRatio：作用是在垃圾收集之后控制最小的元空間剩余容量百分比，可減少因?yàn)樵臻g不足導(dǎo)致的垃圾收集的頻率。類似的還有-XX:MinMetaspaceFreeRatio，用于控制最大的元空間剩余容量百分比。

本機(jī)直接內(nèi)存溢出

直接內(nèi)存的容量大小可通過 -XX:MaxDirectMemorySize 指定，如果不指定則默認(rèn)與 Java 堆的最大值一致。

由直接內(nèi)存導(dǎo)致的內(nèi)存溢出，一個(gè)明顯的特征是在 Heap Dump 文件中不會(huì)看見明顯的異常，如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)存溢出后產(chǎn)生的 Dump 文件很小，而程序中又直接或間接使用了直接內(nèi)存（典型的間接使用就是 NIO），那么就可以考慮檢查直接內(nèi)存方面的原因。

P6：判斷對(duì)象是否是垃圾

在堆中存放著所有對(duì)象實(shí)例，垃圾收集器在對(duì)堆進(jìn)行回收前，首先要判斷對(duì)象是否還存活著。

引用計(jì)數(shù)算法

在對(duì)象中添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，如果有一個(gè)地方引用它計(jì)數(shù)器就加1，引用失效時(shí)計(jì)數(shù)器就減1，如果計(jì)數(shù)器為0則該對(duì)象就是不再被使用的。該算法原理簡(jiǎn)單，效率也高，但是在 Java中很少使用，因?yàn)樗嬖趯?duì)象之間互相循環(huán)引用的問題，導(dǎo)致計(jì)數(shù)器無法清零。

可達(dá)性分析算法

當(dāng)前主流語言的內(nèi)存管理子系統(tǒng)都是使用可達(dá)性分析算法來判斷對(duì)象是否存活的。這個(gè)算法的基本思路就是通過一系列稱為 GC Roots 的根對(duì)象作為起始節(jié)點(diǎn)集，從這些節(jié)點(diǎn)開始，根據(jù)引用關(guān)系向下搜索，搜索過程所走過的路徑稱為引用鏈，如果某個(gè)對(duì)象到 GC Roots之間沒有任何引用鏈相連，則此對(duì)象是不可能再被使用的。

可作為GC Roots的對(duì)象包括虛擬機(jī)棧中引用的對(duì)象、方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對(duì)象、方法區(qū)中常量引用的對(duì)象、本地方法棧中引用的對(duì)象等。

P7：引用類型

無論通過引用計(jì)數(shù)還是可達(dá)性分析判斷對(duì)象是否存活，都和引用離不開關(guān)系。在 JDK1.2 之前引用的定義是：如果 reference 類型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)值代表另外一塊內(nèi)存的起始地址，那么就稱該 reference 數(shù)據(jù)是代表某塊內(nèi)存、某個(gè)對(duì)象的引用。在 JDK 1.2之后 Java 對(duì)引用的概念進(jìn)行了擴(kuò)充，按強(qiáng)度分為四種：

強(qiáng)引用：最常見的引用，例如 Object obj = new Object 這樣的變量聲明和定義就會(huì)產(chǎn)生對(duì)該對(duì)象的強(qiáng)引用。只要對(duì)象有強(qiáng)引用指向，并且 GC Roots 可達(dá)，那么進(jìn)行內(nèi)存回收時(shí)即使瀕臨內(nèi)存耗盡也不會(huì)回收該對(duì)象。

軟引用：弱于強(qiáng)引用，描述非必需對(duì)象。在系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存溢出異常前，會(huì)把軟引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象加入回收范圍以獲得更多的內(nèi)存空間。主要用來緩存服務(wù)器中間計(jì)算結(jié)果及不需要實(shí)時(shí)保存的用戶行為等。

弱引用：弱于軟引用，描述非必需對(duì)象。被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象只能生存到下一次 YGC 之前，當(dāng)垃圾收集器開始工作時(shí)無論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠都會(huì)回收只被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象。由于 YGC 具有不確定性，因此弱引用何時(shí)被回收也有不確定性。

虛引用：是最弱的引用關(guān)系，定義完成后就無法通過該引用獲取指向的對(duì)象。一個(gè)對(duì)象是否有虛引用存在，完全不會(huì)對(duì)其生存時(shí)間造成影響。該引用的唯一目的就是為了能在這個(gè)對(duì)象被垃圾收集器回收時(shí)收到一個(gè)系統(tǒng)通知。虛引用必須與引用隊(duì)列聯(lián)合使用，當(dāng)垃圾回收時(shí)如果出現(xiàn)虛引用，就會(huì)在回收對(duì)象內(nèi)存之前把這個(gè)虛引用加入關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列。

P8：GC 算法

標(biāo)記-清除算法

• 原理：分為標(biāo)記和清除兩個(gè)階段，首先從每個(gè) GC Roots 出發(fā)依次標(biāo)記有引用關(guān)系的對(duì)象，最后將沒有被標(biāo)記的對(duì)象清除。
• 特點(diǎn)：① 執(zhí)行效率不穩(wěn)定，如果堆中包含大量對(duì)象且其中大部分是需要被回收的，這時(shí)必須進(jìn)行大量標(biāo)記和清除，導(dǎo)致效率隨對(duì)象數(shù)量增長(zhǎng)而降低。② 內(nèi)存空間碎片化問題，會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，空間碎片太多可能會(huì)導(dǎo)致以后在程序運(yùn)行中需要分配較大對(duì)象時(shí)容易觸發(fā) Full GC。

標(biāo)記-復(fù)制算法

• 原理：為了解決內(nèi)存碎片問題，將可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中一塊。當(dāng)這一塊的空間用完了，就將還存活著的對(duì)象復(fù)制到另一塊，然后再把已使用過的內(nèi)存空間一次清理掉。主要用于進(jìn)行新生代的垃圾回收。
• 特點(diǎn)：① 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、運(yùn)行高效，解決了內(nèi)存碎片問題。② 代價(jià)是將可用內(nèi)存縮小為原來的一半，浪費(fèi)了過多空間。
• HotSpot 的新生代劃分
  把新生代劃分為一塊較大的 Eden 空間和兩塊較小的 Survivor 空間，每次分配內(nèi)存只使用 Eden 和其中一塊 Survivor。發(fā)生垃圾收集時(shí)將 Eden 和 Survivor 中仍然存活的對(duì)象一次性復(fù)制到另一塊 Survivor 上，然后直接清理掉 Eden 和已用過的那塊 Survivor 空間。HotSpot虛擬機(jī)默認(rèn)Eden和Survivor的大小比例是8：1，即每次新生代中可用空間為整個(gè)新生代的90%。

標(biāo)記-整理算法

• 原理：標(biāo)記-復(fù)制算法在對(duì)象存活率較高時(shí)要進(jìn)行較多的復(fù)制操作，效率將會(huì)降低。并且如果不想浪費(fèi)空間，就需要有額外空間進(jìn)行分配擔(dān)保，應(yīng)對(duì)被使用內(nèi)存中所有對(duì)象都100%存活的極端情況，所以老年代一般不使用此算法。老年代使用標(biāo)記-整理算法，標(biāo)記過程與標(biāo)記-清除算法一樣，只是后續(xù)步驟不是直接對(duì)可回收對(duì)象進(jìn)行清理，而是讓所有存活的對(duì)象都向內(nèi)存空間一端移動(dòng)，然后直接清理掉邊界以外的內(nèi)存。
• 特點(diǎn)：標(biāo)記-清除與標(biāo)記-整理的差異在于前者是一種非移動(dòng)式回收算法而后者是移動(dòng)式的。是否移動(dòng)回收后的存活對(duì)象優(yōu)缺點(diǎn)并存：① 如果移動(dòng)存活對(duì)象，尤其是在老年代這種每次回收都有大量對(duì)象存活的區(qū)域，是一種極為負(fù)重的操作，而且這種移動(dòng)必須全程暫停用戶線程。② 如果不移動(dòng)對(duì)象就會(huì)導(dǎo)致空間碎片問題，只能依賴更復(fù)雜的內(nèi)存分配器和訪問器來解決。所以是否移動(dòng)對(duì)象都存在弊端，移動(dòng)則內(nèi)存回收更復(fù)雜，不移動(dòng)則內(nèi)存分配更復(fù)雜。

P9：垃圾收集器

經(jīng)典垃圾收集器：指 JDK 11之前的垃圾收集器。

Serial

最基礎(chǔ)、歷史最悠久的收集器，該收集器是一個(gè)使用復(fù)制算法的單線程工作收集器，單線程的意義不僅是說明它只會(huì)使用一個(gè)處理器或一條收集線程去完成垃圾收集工作，更重要的是強(qiáng)調(diào)它進(jìn)行垃圾收集時(shí)必須暫停其他所有工作線程直到收集結(jié)束。

Serial 是虛擬機(jī)運(yùn)行在客戶端模式下的默認(rèn)新生代收集器，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單高效，對(duì)于內(nèi)存受限的環(huán)境它是所有收集器中最小的；對(duì)于單核處理器或處理器核心較少的環(huán)境來說，Serial 收集器由于沒有線程交互開銷，因此可獲得最高的單線程收集效率。

ParNew

實(shí)質(zhì)上是 Serial 的多線程版本，除了使用多線程進(jìn)行垃圾收集外其余行為完全一致。

ParNew 是虛擬機(jī)運(yùn)行在服務(wù)端模式下的默認(rèn)新生代收集器，一個(gè)重要原因是除了 Serial 外只有它能與 CMS 配合。自從 JDK 9 開始，ParNew 加 CMS 收集器的組合就不再是官方推薦的服務(wù)端模式下的收集器解決方案了，官方希望他能被 G1 完全取代。

Parallel Scavenge

新生代收集器，基于標(biāo)記-復(fù)制算法，是可以并行的多線程收集器，與 ParNew 類似。

特點(diǎn)是它的關(guān)注點(diǎn)與其他收集器不同，CMS 等收集器的關(guān)注點(diǎn)是盡可能縮短收集時(shí)用戶線程的停頓時(shí)間，而 Parallel Scavenge 的目標(biāo)是達(dá)到一個(gè)可控制的吞吐量，吞吐量就是處理器用于運(yùn)行用戶代碼的時(shí)間與處理器消耗總時(shí)間的比值。自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略也是它區(qū)別于 ParNew 的一個(gè)重要特性。

Serial Old

Serial 的老年代版本，同樣是一個(gè)單線程收集器，使用標(biāo)記-整理算法。

Serial Old 是虛擬機(jī)在客戶端模式下的默認(rèn)老年代收集器，用于服務(wù)端有兩種用途：一種是 JDK 5 及之前與 Parallel Scavenge 搭配使用，另一種是作為CMS 發(fā)生失敗時(shí)的預(yù)案。

Parellel Old

Parallel Scavenge 的老年代版本，支持多線程收集，基于標(biāo)記-整理算法實(shí)現(xiàn)。這個(gè)收集器直到 JDK 6 才開始提供，在注重吞吐量?jī)?yōu)先的場(chǎng)景可以有效考慮Parallel Scavenge 加 Parallel Old 組合。

CMS

以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器，如果希望系統(tǒng)停頓時(shí)間盡可能短以給用戶帶來更好的體驗(yàn)就可以使用 CMS。

基于標(biāo)記-清除算法，過程相對(duì)復(fù)雜，分為四個(gè)步驟：初始標(biāo)記、并發(fā)標(biāo)記、重新標(biāo)記、并發(fā)清除。

其中初始標(biāo)記和重新標(biāo)記仍然需要 STW（Stop The World，表示系統(tǒng)停頓），初始標(biāo)記僅是標(biāo)記 GC Roots 能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，速度很快。并發(fā)標(biāo)記就是從 GC Roots 的直接關(guān)聯(lián)對(duì)象開始遍歷整個(gè)對(duì)象圖的過程，耗時(shí)較長(zhǎng)但不需要停頓用戶線程，可以與垃圾收集線程并發(fā)運(yùn)行。重新標(biāo)記則是為了修正并發(fā)標(biāo)記期間因用戶程序運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那一部分對(duì)象的標(biāo)記記錄，該階段停頓時(shí)間比初始標(biāo)記稍長(zhǎng)，但遠(yuǎn)比并發(fā)標(biāo)記短。最后是并發(fā)清除，清理標(biāo)記階段判斷的已死亡對(duì)象，由于不需要移動(dòng)存活對(duì)象，因此該階段也可以與用戶線程并發(fā)。

由于整個(gè)過程中耗時(shí)最長(zhǎng)的并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除階段中，垃圾收集器都可以和用戶線程一起工作，所以從總體上說 CMS 的內(nèi)存回收過程是與用戶線程并發(fā)執(zhí)行的。

CMS 是 HotSpot 追求低停頓的第一次成功嘗試，但還存在三個(gè)明顯缺點(diǎn)：① 對(duì)處理器資源敏感，在并發(fā)階段雖然不會(huì)導(dǎo)致用戶線程暫停，但會(huì)降低總吞吐量。② 無法處理浮動(dòng)垃圾，有可能出現(xiàn)并發(fā)失敗而導(dǎo)致另一次 Full GC。③ 基于標(biāo)記-清除算法，會(huì)產(chǎn)生大量空間碎片，給大對(duì)象分配帶來麻煩。

G1

開創(chuàng)了收集器面向局部收集的設(shè)計(jì)思路和基于Region的內(nèi)存布局，是一款主要面向服務(wù)端的收集器，最初設(shè)計(jì)目標(biāo)是替換CMS。

G1 之前的收集器，垃圾收集的目標(biāo)要么是整個(gè)新生代，要么是整個(gè)老年代或整個(gè)堆。而 G1 可以面向堆內(nèi)存任何部分來組成回收集進(jìn)行回收，衡量標(biāo)準(zhǔn)不再是它屬于哪個(gè)分代，而是哪塊內(nèi)存中存放的垃圾數(shù)量最多，回收受益最大。

不再堅(jiān)持固定大小及數(shù)量的分代區(qū)域劃分，而是把 Java 堆劃分為多個(gè)大小相等的獨(dú)立區(qū)域（Region），每一個(gè) Region 都可以根據(jù)需要扮演新生代的 Eden 空間、Survivor 空間或老年代空間。收集器能夠?qū)Π缪莶煌巧?Region 采用不同的策略處理，這樣無論是新創(chuàng)建的對(duì)象還是已經(jīng)存活了一段時(shí)間、熬過多次收集的舊對(duì)象都能獲取很好的收集效果。

跟蹤各個(gè) Region 里垃圾堆積的價(jià)值大小，價(jià)值即回收所獲得的空間大小以及回收所需時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)值，在后臺(tái)維護(hù)一個(gè)優(yōu)先級(jí)列表，每次根據(jù)用戶設(shè)定允許的收集停頓時(shí)間優(yōu)先處理回收價(jià)值收益最大的 Region。這種方式保證了 G1 在有限時(shí)間內(nèi)獲取盡可能高的收集效率。

G1的運(yùn)作過程：

• 初始標(biāo)記：標(biāo)記 GC Roots 能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，讓下一階段用戶線程并發(fā)運(yùn)行時(shí)能正確地在可用 Region 中分配新對(duì)象。該階段需要 STW 但耗時(shí)很短，是借用進(jìn)行 Minor GC 時(shí)同步完成的。
• 并發(fā)標(biāo)記：從 GC Roots 開始對(duì)堆中對(duì)象進(jìn)行可達(dá)性分析，遞歸掃描整個(gè)堆的對(duì)象圖，找出需要回收的對(duì)象。該階段耗時(shí)長(zhǎng)，但可與用戶線程并發(fā)執(zhí)行，當(dāng)對(duì)掃描完成后還要重新處理 SATB 記錄的在并發(fā)時(shí)有引用變動(dòng)的對(duì)象。
• 最終標(biāo)記：對(duì)用戶線程做一個(gè)短暫暫停，用于處理并發(fā)階段結(jié)束后仍遺留下來的少量 SATB 記錄。
• 篩選回收：對(duì)各個(gè) Region 的回收價(jià)值和成本排序，根據(jù)用戶期望的停頓時(shí)間制定回收計(jì)劃，可自由選擇任意多個(gè) Region 構(gòu)成回收集然后把決定回收的那部分存活對(duì)象復(fù)制到空的 Region 中，再清理掉整個(gè)舊 Region 的全部空間。該操作必須暫停用戶線程，由多條收集器線程并行完成。

可以由用戶指定期望停頓時(shí)間是 G1 的一個(gè)強(qiáng)大功能，但該值不能設(shè)得太低，一般設(shè)置為100~300毫秒比較合適。G1不存在內(nèi)存空間碎片的問題，但為了垃圾收集產(chǎn)生的內(nèi)存占用和程序運(yùn)行時(shí)的額外執(zhí)行負(fù)載都高于 CMS。

低延遲垃圾收集器：指 Shenandoah 和 ZGC，這兩個(gè)收集器幾乎整個(gè)工作過程都是并發(fā)的，只有初始標(biāo)記、最終標(biāo)記這些階段有短暫停頓，停頓時(shí)間基本上固定。

Shenandoah

相比 G1 內(nèi)存布局同樣基于 Region，默認(rèn)回收策略也是優(yōu)先處理回收價(jià)值最大的 Region。但在管理堆內(nèi)存方面與 G1 有不同：① 支持并發(fā)整理，G1 的回收階段不能與用戶線程并發(fā)。② 默認(rèn)不使用分代收集，不會(huì)有專門的新生代 Region 或老年代 Region。③ 摒棄了在 G1 中耗費(fèi)大量?jī)?nèi)存和計(jì)算資源維護(hù)的記憶集，改用名為連接矩陣的全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)記錄跨 Region 的引用關(guān)系。

ZGC

JDK 11中新加入的具有實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的低延遲垃圾收集器，和 Shenandoah 的目標(biāo)相似，都希望在盡可能對(duì)吞吐量影響不大的前提下實(shí)現(xiàn)把停頓時(shí)間限制在 10ms 以內(nèi)的低延遲。

基于 Region 內(nèi)存布局，不設(shè)分代，使用了讀屏障、染色指針和內(nèi)存多重映射等技術(shù)實(shí)現(xiàn)可并發(fā)的標(biāo)記-整理，以低延遲為首要目標(biāo)。 ZGC 的 Region 具有動(dòng)態(tài)性，是動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和銷毀的，并且區(qū)容量大小也是動(dòng)態(tài)變化的。

P10：內(nèi)存分配與回收策略

以 Seial + Serial Old 客戶端默認(rèn)收集器組合為例：

對(duì)象優(yōu)先在 Eden 區(qū)分配

大多數(shù)情況下對(duì)象在新生代 Eden 區(qū)分配，當(dāng) Eden 區(qū)沒有足夠空間進(jìn)行分配時(shí)將發(fā)起一次 Minor GC。

可通過 -XX:Xms 和 -XX:Xmx 設(shè)置堆大小， -Xmn 設(shè)置新生代的大小， -XX:SurvivorRatio 設(shè)置新生代中 Eden 和 Survivor 的比例。

大對(duì)象直接進(jìn)入老年代

大對(duì)象指需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的對(duì)象，典型的是很長(zhǎng)的字符串或元素?cái)?shù)量龐大的數(shù)組。大對(duì)象容易導(dǎo)致內(nèi)存明明還有不少空間就提前觸發(fā)垃圾收集以獲得足夠的連續(xù)空間，復(fù)制對(duì)象時(shí)大對(duì)象就意味著高額內(nèi)存復(fù)制開銷。

HotSpot 提供了 -XX:PretenureSizeThreshold 參數(shù)，大于該值的對(duì)象直接在老年代分配，避免在 Eden 和 Survivor 之間來回復(fù)制產(chǎn)生大量?jī)?nèi)存復(fù)制操作。

長(zhǎng)期存活對(duì)象進(jìn)入老年代

虛擬機(jī)給每一個(gè)對(duì)象定義了一個(gè)對(duì)象年齡計(jì)數(shù)器，存儲(chǔ)在對(duì)象頭。對(duì)象通常在 Eden 誕生，如果經(jīng)歷過第一次 MinorGC 仍然存活并且能被 Survivor 容納，該對(duì)象就會(huì)被移動(dòng)到 Survivor 中并將年齡設(shè)置為 1。對(duì)象在 Survivor 中每熬過一次 MinorGC 年齡就加 1 ，當(dāng)增加到一定程度（默認(rèn)15）就會(huì)被晉升到老年代。對(duì)象晉升老年代的年齡閾值可通過 -XX:MaxTenuringThreshold 設(shè)置。

動(dòng)態(tài)對(duì)象年齡判定

為了適應(yīng)不同程序的內(nèi)存狀況，虛擬機(jī)并不永遠(yuǎn)要求對(duì)象年齡達(dá)到閾值才能晉升老年代，如果在 Survivor 中相同年齡所有對(duì)象大小的總和大于 Survivor 的一半，年齡不小于該年齡的對(duì)象就可以直接進(jìn)入老年代，無需等到 -XX:MaxTenuringThreshold 參數(shù)設(shè)置的年齡。

空間分配擔(dān)保

發(fā)生 MinorGC 前，虛擬機(jī)必須先檢查老年代最大可用連續(xù)空間是否大于新生代所有對(duì)象總空間，如果這個(gè)條件成立，那這一次 MinorGC可以確定是安全的。

如果不成立，虛擬機(jī)會(huì)先查看 -XX:HandlePromotionFailure 參數(shù)的值是否允許擔(dān)保失敗，如果允許會(huì)繼續(xù)檢查老年代最大可用連續(xù)空間是否大于歷次晉升老年代對(duì)象的平均大小，如果滿足將冒險(xiǎn)嘗試一次 MinorGC，如果不滿足或不允許擔(dān)保失敗就會(huì)改成一次 FullGC。

之所以說冒險(xiǎn)是因?yàn)樾律褂脧?fù)制算法，為了內(nèi)存利用率只使用其中一個(gè) Survivor 作為備份，因此當(dāng)出現(xiàn)大量對(duì)象在 MinorGC 后仍然存活的情況時(shí)需要老年代進(jìn)行分配擔(dān)保，把 Survivor 無法容納的對(duì)象直接送入老年代。

P11：故障處理工具

jps：虛擬機(jī)進(jìn)程狀況工具

jps 即 JVM Process Status，參考了 UNIX 命令的命名格式，功能和 ps 命令類似：可以列出正在運(yùn)行的虛擬機(jī)進(jìn)程，并顯示虛擬機(jī)執(zhí)行主類名稱以及這些進(jìn)程的本地虛擬機(jī)唯一 ID（LVMID)。LVMID 與操作系統(tǒng)的進(jìn)程 ID（PID）是一致的，使用 Windows 的任務(wù)管理器或 UNIX 的 ps 命令也可以查詢到虛擬機(jī)進(jìn)程的 LVMID，但如果同時(shí)啟動(dòng)了多個(gè)虛擬機(jī)進(jìn)程，無法根據(jù)進(jìn)程名稱定位就必須依賴 jps 命令。

jps 還可以通過 RMI 協(xié)議查詢開啟了 RMI 服務(wù)的遠(yuǎn)程虛擬機(jī)進(jìn)程狀態(tài)，參數(shù) hostid 為 RMI 注冊(cè)表中注冊(cè)的主機(jī)名。

jstat：虛擬機(jī)統(tǒng)計(jì)信息監(jiān)視工具

jstat 即 JVM Statistic Monitoring Tool，是用于監(jiān)視虛擬機(jī)各種運(yùn)行狀態(tài)信息的命令行工具。它可以顯示本地或者遠(yuǎn)程虛擬機(jī)進(jìn)程中的類加載、內(nèi)存、垃圾收集、即時(shí)編譯器等運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，在沒有 GUI 界面的服務(wù)器上是運(yùn)行期定位虛擬機(jī)性能問題的常用工具。

一些參數(shù)的含義：S0 和 S1 表示兩個(gè) Survivor 區(qū)，E 表示新生代，O 表示老年代，YGC 表示 Young GC 次數(shù)，YGCT 表示Young GC 耗時(shí)，FGC 表示 Full GC 次數(shù)，FGCT 表示 Full GC 耗時(shí)，GCT 表示所有 GC 總耗時(shí)。

jinfo：Java 配置信息工具

jinfo 表示 Configuration Info for Java，作用是實(shí)時(shí)查看和調(diào)整虛擬機(jī)各項(xiàng)參數(shù)，使用 jps 的 -v 參數(shù)可以查看虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)顯式指定的參數(shù)列表，但如果想知道未被顯式指定的參數(shù)的系統(tǒng)默認(rèn)值就只能使用 jinfo 的 -flag 選項(xiàng)進(jìn)行查詢。jinfo 還可以把虛擬機(jī)進(jìn)程的 System.getProperties() 的內(nèi)容打印出來。

jmap：Java 內(nèi)存映像工具

jmap 表示 Memory Map for Java，jamp 命令用于生成堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照，還可以查詢 finalize 執(zhí)行隊(duì)列、Java 堆和方法區(qū)的詳細(xì)信息，如空間使用率，當(dāng)前使用的是哪種收集器等。和 jinfo 命令一樣，有部分功能在 Windows 平臺(tái)下受限，除了生成堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照的 -dump 選項(xiàng)和用于查看每個(gè)類實(shí)例的 -histo 選項(xiàng)外，其余選項(xiàng)都只能在 Linux 使用。

jhat：虛擬機(jī)堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照分析工具

jhat 表示 JVM Heap Analysis Tool，JDK 提供 jhat 命令與 jmap 搭配使用來分析 jamp 生成的堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照。jhat 內(nèi)置了一個(gè)微型的 HTTP/Web 服務(wù)器，生成堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照的分析結(jié)果后可以在瀏覽器中查看。

jstack：Java 堆棧跟蹤工具

jstack 表示 Stack Trace for Java，jstack 命令用于生成虛擬機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的線程快照。線程快照就是當(dāng)前虛擬機(jī)內(nèi)每一條線程正在執(zhí)行的方法堆棧的集合，生成線程快照的目的通常是定位線程出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間停頓的原因，如線程間死鎖、死循環(huán)、請(qǐng)求外部資源導(dǎo)致的長(zhǎng)時(shí)間掛起等。線程出現(xiàn)停頓時(shí)通過 jstack 查看各個(gè)線程的調(diào)用堆棧，就可以獲知沒有響應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)到底在后臺(tái)做什么或等待什么資源。

除了上述的基礎(chǔ)故障處理工具，還有一些可視化故障處理工具，例如 JHSDB 基于服務(wù)性代理的調(diào)試工具、JConsole Java 監(jiān)視與管理控制臺(tái)、VisualVM 多合一故障處理工具、Java Mission Control 可持續(xù)在線監(jiān)控工具。

P12：Java 程序運(yùn)行的過程

通過 Javac 編譯器將 .java 代碼轉(zhuǎn)為 JVM 可以加載的 .class 字節(jié)碼文件。

Javac 編譯器是由 Java 語言編寫的程序，從 Javac 代碼的總體結(jié)構(gòu)看，編譯過程可以分為： ① 詞法解析，通過空格分割處單詞、操作符、控制符等信息，將其形成 token 信息流，傳遞給語法解析器。② 語法解析，把詞法解析得到的 token 信息流按照 Java 語法規(guī)則組裝成一顆語法樹。④ 語義分析，檢查關(guān)鍵字的使用是否合理、類型是否匹配、作用域是否正確等。④ 字節(jié)碼生成，將前面各個(gè)步驟的信息轉(zhuǎn)換為字節(jié)碼。

字節(jié)碼必須通過類加載過程加載到 JVM 環(huán)境后才可以執(zhí)行，執(zhí)行有三種模式，解釋執(zhí)行、JIT 編譯執(zhí)行、JIT 編譯與解釋器混合執(zhí)行（主流 JVM 默認(rèn)執(zhí)行的方式）。混合模式的優(yōu)勢(shì)在于解釋器在啟動(dòng)時(shí)先解釋執(zhí)行，省去編譯時(shí)間。

通過即時(shí)編譯器 JIT 把字節(jié)碼文件編譯成本地機(jī)器碼。

Java 程序最初都是通過解釋器進(jìn)行解釋執(zhí)行的，當(dāng)虛擬機(jī)發(fā)現(xiàn)某個(gè)方法或代碼塊的運(yùn)行特別頻繁，就會(huì)把這些代碼認(rèn)定為"熱點(diǎn)代碼"，熱點(diǎn)代碼的檢測(cè)主要有基于采樣和基于計(jì)數(shù)器兩種方式，為了提高熱點(diǎn)代碼的執(zhí)行效率，在運(yùn)行時(shí)虛擬機(jī)會(huì)把這些代碼編譯成本地機(jī)器碼，并盡可能對(duì)代碼優(yōu)化，在運(yùn)行時(shí)完成這個(gè)任務(wù)的后端編譯器被稱為即時(shí)編譯器。

還可以通過靜態(tài)的提前編譯器 AOT 直接把程序編譯成與目標(biāo)機(jī)器指令集相關(guān)的二進(jìn)制代碼。

P13：類加載機(jī)制和初始化時(shí)機(jī)

在 Class 文件中描述的各類信息最終都需要加載到虛擬機(jī)后才能運(yùn)行和使用。JVM 把描述類的數(shù)據(jù)從 Class 文件加載到內(nèi)存，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、解析和初始化，最終形成可以被虛擬機(jī)直接使用的 Java類型，這個(gè)過程被稱為虛擬機(jī)的類加載機(jī)制。與其他在編譯時(shí)需要連接的語言不同，Java 中類型的加載、連接和初始化都是在程序運(yùn)行期間完成的，這種策略讓 Java 進(jìn)行類加載時(shí)增加了性能開銷，但卻為 Java 應(yīng)用提供了極高的擴(kuò)展性和靈活性，Java 可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的語言特性就是依賴運(yùn)行期動(dòng)態(tài)加載和動(dòng)態(tài)連接這個(gè)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。

一個(gè)類型從被加載到虛擬機(jī)內(nèi)存開始，到卸載出內(nèi)存為止，整個(gè)生命周期將會(huì)經(jīng)歷加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析、初始化、使用和卸載七個(gè)階段，其中驗(yàn)證、解析和初始化三個(gè)部分統(tǒng)稱為連接。加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、初始化和卸載這五個(gè)階段的順序是確定的，而解析階段則不一定：它在某些情況下可以在初始化階段之后再開始，這是為了支持 Java 語言的動(dòng)態(tài)綁定特性。

關(guān)于何shuyu時(shí)需要開始類加載的第一個(gè)階段"加載"，《 Java 虛擬機(jī)規(guī)范》沒有強(qiáng)制約束，但對(duì)于初始化嚴(yán)格規(guī)定了有且只有6種情況：

• 遇到 new、getstatic、putstatic 或 invokestatic 這四條字節(jié)碼指令時(shí)，如果類型沒有初始化則需要先觸發(fā)初始化。典型場(chǎng)景有：① 使用new關(guān)鍵字實(shí)例化對(duì)象。② 讀取或設(shè)置一個(gè)類型的靜態(tài)字段。③ 調(diào)用一個(gè)類型的靜態(tài)方法。
• 對(duì)類型進(jìn)行反射調(diào)用時(shí)，如果類型沒有初始化則需要先觸發(fā)初始化。
• 當(dāng)初始化類時(shí)，如果其父類沒有初始化則需要先觸發(fā)父類的初始化。
• 當(dāng)虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)，用戶需要指定一個(gè)要執(zhí)行的主類即包含 main 方法的類，虛擬機(jī)會(huì)先初始化該類。
• 當(dāng)使用 JDK 7 新加入的動(dòng)態(tài)語言支持時(shí)，如果 MethodHandle 實(shí)例的解析結(jié)果為指定類型的方法句柄且這個(gè)句柄對(duì)應(yīng)的類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。
• 當(dāng)一個(gè)接口定義了默認(rèn)方法時(shí)，如果該接口的實(shí)現(xiàn)類發(fā)生初始化，那接口要在其之前初始化。

除了這六種情況外其余所有引用類型的方式都不會(huì)觸發(fā)初始化，稱為被動(dòng)引用。被動(dòng)引用的實(shí)例：① 子類使用父類的靜態(tài)字段時(shí)，只有直接定義這個(gè)字段的父類會(huì)被初始化。② 通過數(shù)組定義使用類。③ 常量在編譯期會(huì)存入調(diào)用類的常量池，不會(huì)初始化定義常量的類。

接口的加載過程和類真正有所區(qū)別的是當(dāng)初始化類時(shí)，如果其父類沒有初始化則需要先觸發(fā)其父類的初始化，但在一個(gè)接口初始化時(shí)并不要求其父接口全部完成了初始化，只有在真正使用到父接口時(shí)（如引用接口中定義的常量）才會(huì)初始化。

P14：類加載過程

加載

加載是類加載的第一個(gè)階段，在該階段虛擬機(jī)需要完成三件事：① 通過一個(gè)類的全限定類名來獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流。② 將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)結(jié)構(gòu)。③ 在內(nèi)存中生成對(duì)應(yīng)該類的 Class 實(shí)例，作為方法區(qū)這個(gè)類的各種數(shù)據(jù)的訪問入口。加載與連接的部分動(dòng)作是交叉進(jìn)行的，加載尚未完成時(shí)連接可能已經(jīng)開始。

驗(yàn)證

驗(yàn)證是連接的第一步，目的是確保 Class 文件的字節(jié)流中包含的信息符合約束要求，保證這些信息不會(huì)危害虛擬機(jī)的安全。如果虛擬機(jī)不檢查輸入的字節(jié)流，很可能因?yàn)檩d入了有錯(cuò)誤或惡意企圖的字節(jié)流而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)受攻擊。驗(yàn)證主要包含了四個(gè)階段：文件格式驗(yàn)證、元數(shù)據(jù)驗(yàn)證、字節(jié)碼驗(yàn)證、符號(hào)引用驗(yàn)證。

驗(yàn)證對(duì)于虛擬機(jī)的類加載機(jī)制來說是一個(gè)非常重要但非必需的階段，因?yàn)轵?yàn)證只有通過與否的區(qū)別，只要通過了驗(yàn)證其后就對(duì)程序運(yùn)行期沒有任何影響了。如果程序運(yùn)行的全部代碼都已被反復(fù)使用和驗(yàn)證過，在生產(chǎn)環(huán)境的就可以考慮關(guān)閉大部分類驗(yàn)證措施縮短類加載時(shí)間。

準(zhǔn)備

準(zhǔn)備是正式為類靜態(tài)變量分配內(nèi)存并設(shè)置零值的階段，該階段進(jìn)行的內(nèi)存分配僅包括類變量，而不包括實(shí)例變量，實(shí)例變量將會(huì)在對(duì)象實(shí)例化時(shí)隨著對(duì)象一起分配在 Java 堆中。如果變量被final修飾，編譯時(shí) Javac 會(huì)為變量生成 ConstantValue 屬性，那么在準(zhǔn)備階段虛擬機(jī)就會(huì)將該變量的值設(shè)為程序員指定的值。

解析

解析是將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用的過程。

• 符號(hào)引用：符號(hào)引用以一組符號(hào)描述引用目標(biāo)，可以是任何形式的字面量，只要使用時(shí)能無歧義地定位到目標(biāo)即可。與虛擬機(jī)內(nèi)存布局無關(guān)，引用目標(biāo)并不一定是已經(jīng)加載到虛擬機(jī)內(nèi)存中的內(nèi)容。
• 直接引用：直接引用是可以直接指向目標(biāo)的指針、相對(duì)偏移量或者能間接定位到目標(biāo)的句柄。和虛擬機(jī)的內(nèi)存布局直接相關(guān)，引用目標(biāo)必須已在虛擬機(jī)的內(nèi)存中存在。

解析部分主要針對(duì)類或接口、字段、類方法、接口方法、方法類型、方法句柄和調(diào)用點(diǎn)限定符這7類符合引用進(jìn)行。

初始化

初始化是類加載過程的最后一步，直到該階段，JVM 才真正開始執(zhí)行類中編寫的代碼。準(zhǔn)備階段時(shí)變量已經(jīng)賦過一次系統(tǒng)零值，而在初始化階段會(huì)根據(jù)程序員的編碼去初始化類變量和其他資源。初始化階段就是執(zhí)行類構(gòu)造方法中的 方法，該方法是 Javac 編譯器自動(dòng)生成的。

P15：類加載器和雙親委派模型

類加載階段中"通過一個(gè)類的全限定名來獲取描述該類的二進(jìn)制字節(jié)流"的動(dòng)作被設(shè)計(jì)為放到 JVM 外部實(shí)現(xiàn)，以便讓應(yīng)用程序自己決定如何獲取所需的類，實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)作的代碼就是類加載器。

自 JDK1.2 起 Java 一直保持著三層類加載器、雙親委派的類加載模型：

• 啟動(dòng)類加載器
  啟動(dòng)類加載器在 JVM 啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建，負(fù)責(zé)加載最核心的類，例如 Object、System、String 等。啟動(dòng)類加載器無法被 Java 程序直接引用，如果用戶需要把加載請(qǐng)求委派給啟動(dòng)類加載器，直接使用 null 代替即可，因?yàn)閱?dòng)類加載器通常由操作系統(tǒng)相關(guān)的本地代碼實(shí)現(xiàn)，并不存在于 JVM 體系中。
• 平臺(tái)類加載器
  從 JDK9 開始從擴(kuò)展類加載器更換為平臺(tái)類加載器，負(fù)載加載一些擴(kuò)展的系統(tǒng)類，比如 XML、加密、壓縮相關(guān)的功能類等。
• 應(yīng)用類加載器
  也稱系統(tǒng)類加載器，負(fù)載加載用戶類路徑上的所有類庫(kù)，可以直接在代碼中使用。如果應(yīng)用程序中沒有自定義類加載器，一般情況下應(yīng)用類加載器就是中默認(rèn)的類加載器。自定義類加載器通過繼承 ClassLoader 并重寫 findClass 方法，調(diào)用 defineClass 方法實(shí)現(xiàn)。

雙親委派模型

類加載器具有等級(jí)制度，但并非繼承關(guān)系，以組合的方式來復(fù)用父加載器的功能，這也符合組合優(yōu)先原則。雙親委派模型要求除了頂層的啟動(dòng)類加載器外，其余的類加載器都應(yīng)該有自己的父加載器。

如果一個(gè)類加載器收到了類加載請(qǐng)求，它不會(huì)自己去嘗試加載這個(gè)類，而首先將該請(qǐng)求委派給自己的父加載器完成，每一個(gè)層次的類加載器都是如此，因此所有的加載請(qǐng)求最終都應(yīng)該傳送到最頂層的啟動(dòng)類加載器中，只有當(dāng)父加載器反饋?zhàn)约簾o法完成請(qǐng)求時(shí)，子加載器才會(huì)嘗試自己完成加載。

好處是 Java 中的類跟隨它的類加載器一起具備了一種帶有優(yōu)先級(jí)的層次關(guān)系，可以保證某個(gè)類在程序的各個(gè)類加載器環(huán)境中都是同一個(gè)類，對(duì)于保證程序的穩(wěn)定運(yùn)行極為重要。

比較兩個(gè)類是否相等

對(duì)于任意一個(gè)類，都必須由加載它的類加載器和這個(gè)類本身一起共同確立其在虛擬機(jī)中的唯一性，每一個(gè)類加載器都擁有一個(gè)獨(dú)立的類名稱空間。只有在兩個(gè)類是由同一個(gè)類加載器加載的前提下才有意義，否則即使兩個(gè)類來源于同一個(gè) Class 文件，被同一個(gè) JVM 加載，只要加載它們的類加載器不同，那這兩個(gè)類就必定不相等。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【备战秋招系列-3】Java高频知识点——排序、设计模式、JavaSE、JVM的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。