浮点数例外 (核心已转储)_15000 字梳理 JVM 的核心知识
前言
隨著cpu運(yùn)行速度的提高和內(nèi)存的增大，我們的應(yīng)用程序的用戶響應(yīng)時間和系統(tǒng)吞吐量也發(fā)生了質(zhì)的提高。但是只有硬件設(shè)備的提高是不行的，軟件的性能和運(yùn)行在硬件上的虛擬機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)都影響著系統(tǒng)的質(zhì)量。在越來越多的大廠面試中，jvm逐漸成為面試官青睞的考點(diǎn)。
本文講解了運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)域，內(nèi)存溢出，如何判斷對象是否存活，垃圾回收算法和垃圾收集器，類加載機(jī)制和雙親委派模型以及對象的創(chuàng)建存儲和訪問幾個方面，涵蓋jvm的核心考點(diǎn)，希望你有所收獲。
運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)域
java虛擬機(jī)運(yùn)行時有哪些數(shù)據(jù)區(qū)域，他們都有什么用途？
有程序計數(shù)器、java虛擬機(jī)棧、本地方法棧、堆和方法區(qū)五大模塊。請看下圖：
程序計數(shù)器
程序計數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間，他可以看做是當(dāng)期線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指令器。字節(jié)碼解釋器工作時就是通過改變這個計數(shù)器的值來選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令。在任何一個確定的時刻，一個處理器都只會執(zhí)行一條線程中的指令。因此，為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要有一個獨(dú)立的程序計數(shù)器，各個線程之間互不影響，獨(dú)立存儲，所以程序計數(shù)器是“線程私有的”。另外，程序計數(shù)器是唯一一個在java虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定OOM的區(qū)域。
Java虛擬機(jī)棧
Java虛擬機(jī)棧也是線程私有的，它的生命周期與線程相同，虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，每個方法在執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個棧幀用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。每個方法從調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧到出棧的過程。（程序員經(jīng)常會把Java內(nèi)存劃分為堆內(nèi)存和棧內(nèi)存，這種說法比較粗糙，其中的棧內(nèi)存就是指虛擬機(jī)棧，或者說是虛擬機(jī)棧中的局部變量表的部分）
在Java虛擬機(jī)規(guī)范中，對這個區(qū)域規(guī)定了兩種異常：如果線程請求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出StackOverFlowError異常。如果虛擬機(jī)棧可以動態(tài)擴(kuò)展，如果擴(kuò)展時無法申請到足夠的內(nèi)存，就會拋出OOM異常。
本地方法棧
本地方法棧與虛擬機(jī)棧作用類似，他們之間的區(qū)別不過是虛擬機(jī)棧是為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧則為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)。與虛擬機(jī)棧一樣，本地方法棧也會拋出StackOverFlowError異常和OOM異常。
堆
Java堆是Java虛擬機(jī)管理的最大的一塊內(nèi)存，是所有線程共享的區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動時就創(chuàng)建。堆用來存放對象實(shí)例，幾乎所有的對象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存（注意是幾乎所有）。這一點(diǎn)在Java虛擬機(jī)規(guī)范中描述為：所有的對象實(shí)例以及數(shù)組都要在堆上分配，但隨著JIT編譯器的發(fā)展和逃逸分析技術(shù)的成熟，棧上分配、標(biāo)量替換技術(shù)將會導(dǎo)致一些微妙的變化發(fā)生，所有對象都分配在堆上也不是那么絕對了。
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，將會拋出OOM異常。
方法區(qū)
方法區(qū)與Java堆一樣，是各個線程共享的區(qū)域，它用來存儲已被虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范，當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配的 需求時，將拋出OOM異常。
運(yùn)行時常量池是方法區(qū)的一部分，用于存放編譯器生成的各種字面量和符號引用。運(yùn)行時常量池相對于Class文件常量池的另外一個重要特征就是具備動態(tài)性。也就是說運(yùn)行期間也可能將新的常量 放入池中，這種特性被利用的比較多的就是String類的intern()方法。
直接內(nèi)存
直接內(nèi)存并不是運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是Java虛擬機(jī)定義的內(nèi)存區(qū)域。本機(jī)直接內(nèi)存的分配不受Java堆大小的限制，但是受本機(jī)總內(nèi)存大小以及處理器尋址空間的限制。
內(nèi)存溢出
堆內(nèi)存溢出
Java堆用于存儲對象實(shí)例，只要不斷創(chuàng)建對象，并且保證GC Roots到對象之間有可達(dá)路徑來避免垃圾回收機(jī)制清除這些對象，那么在對象數(shù)量達(dá)到最大堆容量限制后就會OOM。（輕易不要運(yùn)行）
public class HeapOOMTest {static class OOMObject {}public static void main(String [] args) {List<OOMObject> list = new ArrayList<>();while (true) {list.add(new OOMObject());}} }Java堆內(nèi)存的OOM異常是實(shí)際應(yīng)用中最常見的內(nèi)存溢出，當(dāng)出現(xiàn)了咋辦？一般的手段是先通過內(nèi)存映像分析工具對Dump出來的堆轉(zhuǎn)儲快照進(jìn)行分析，重點(diǎn)是確認(rèn)內(nèi)存中的對象是否是必要的，也就是確認(rèn)是內(nèi)存泄露還是內(nèi)存溢出。
如果是內(nèi)存泄露，可進(jìn)一步通過工具查看泄露對象到GCRoots的引用鏈，找到為什么垃圾收集器無法回收它們。如果不存在泄露，就是內(nèi)存中的對象必須都存活，那就要檢查虛擬機(jī)的堆內(nèi)存是否可以調(diào)大，從代碼上檢查是否某些對象生命周期過長，減少內(nèi)存消耗，優(yōu)化代碼。
虛擬機(jī)棧溢出
關(guān)于虛擬機(jī)棧，在java虛擬機(jī)規(guī)范中描述了兩種異常：
（1）如果線程請求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的最大深度，將拋出StackOverFlowError異常。
（2）如果虛擬機(jī)在擴(kuò)展棧時無法申請到足夠的內(nèi)存空間，則拋出OutOdMemoryError異常。
這里描述的兩種情況實(shí)際上有些重疊：當(dāng)棧空間無法繼續(xù)分配的時候，到底是內(nèi)存太小導(dǎo)致的，還是已使用的棧空間太大，本質(zhì)上是一樣的。
public class StackSOFTest {private int stackLength = -1;public void stackLeak() {stackLength++;stackLeak();}public static void main(String [] args) throws Throwable {StackSOFTest oom = new StackSOFTest();try {oom.stackLeak();} catch (Throwable e) {System.out.println("stack length:"+oom.stackLength);throw e;}} }運(yùn)行結(jié)果：
stack length:13980 Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowErrorat oom.StackSOFTest.stackLeak(StackSOFTest.java:14)at oom.StackSOFTest.stackLeak(StackSOFTest.java:14)at oom.StackSOFTest.stackLeak(StackSOFTest.java:14)...后續(xù)省略實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在單個線程下，無論是由于棧幀太大還是虛擬機(jī)棧容量太小，當(dāng)內(nèi)存無法分配時，虛擬機(jī)拋出的都是StackOverflowError異常。
對象是“生”是“死”
對象的四種引用
引用分為強(qiáng)引用，軟引用，弱引用和虛引用四種，這四種引用強(qiáng)度依次逐漸減弱。
1、強(qiáng)引用就是指在程序代碼中普遍存在的，是指創(chuàng)建一個對象并把這個對象賦給一個引用變量，類似Object obj = new Object()這類的引用，只要強(qiáng)引用還存在，垃圾收集器就永遠(yuǎn)不會回收被引用的對象。如果想中斷強(qiáng)引用和某個對象之間的關(guān)聯(lián)，可以顯示的將引用賦值為null，這樣jvm在合適的時間就會回收該對象。
2、軟引用是用來描述一些還有用但并非必需的對象。對于軟引用關(guān)聯(lián)著的對象，在系統(tǒng)將會發(fā)生內(nèi)存溢出異常之前，將會把這些對象列進(jìn)回收范圍之中進(jìn)行第二次回收。SoftReference的特點(diǎn)是它的一個實(shí)例保存對一個Java對象的軟引用，該軟引用的存在不妨礙垃圾收集器線程對該Java對象的回收。
3、弱引用也是用來描述非必需對象的。當(dāng)JVM進(jìn)行垃圾回收時，無論內(nèi)存是否充足，都會回收被弱引用關(guān)聯(lián)的對象。在java中，用java.lang.ref.WeakReference類來表示。
4、虛引用和前面的軟引用和弱引用不同，它并不影響對象的生命周期。在java中使用PhantomReference類來表示。如果一個對象與虛引用關(guān)聯(lián)，跟沒有引用與之關(guān)聯(lián)一樣，任何時候都可能被回收。要注意的是，虛引用必須和引用隊列關(guān)聯(lián)使用。當(dāng)垃圾收集器準(zhǔn)備回收一個對象時，如果發(fā)現(xiàn)它還有虛引用，就會把這個虛引用加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊列中。為對象設(shè)置虛引用的唯一目的就是能在這個對象被垃圾收集器回收時收到一個系統(tǒng)通知。
引用計數(shù)法的缺陷
引用計數(shù)法就是給對象添加一個引用計數(shù)器，每當(dāng)有一個地方引用它時，計數(shù)器值就加1.當(dāng)引用失效時，計數(shù)器的值就減一。任何時刻計數(shù)器值為0的對象就是不可能再被使用的。
優(yōu)缺點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單，判斷效率高，大部分情況下是個很不錯的算法。但是致命問題是沒辦法解決對象之間相互循環(huán)引用的問題。
觀察GC日志可以看出GC發(fā)生了內(nèi)存回收，意味著虛擬機(jī)并沒有因?yàn)檫@兩個對象相互引用就不回收它們，這也從側(cè)面說明虛擬機(jī)并沒有采用引用計數(shù)法來判斷對象是否存活。
可達(dá)性分析
這個算法的基本思想是通過一系列被稱為“GC Roots”的對象作為起始點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)開始向下搜索，搜索走過的路徑叫做引用鏈，當(dāng)一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連 （用圖論的話來說就是從GC Roots到這個對象不可達(dá)），則證明此對象是不可用的。
在 Java語言中，可作為GC Roots的對象包括以下幾種
（1）虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象。
（2）方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象。
（3）方法區(qū)中常量引用的對象。
（4）本地方法棧中JNI（即一般說的Native方法）引用的對象。
對象是生存還是死亡？
即使在可達(dá)性分析法中不可達(dá)的對象，也并非“非死不可”，他們還有拯救自己的機(jī)會。要宣告一個對象死亡，至少要經(jīng)歷兩次標(biāo)記過程：如果對象在進(jìn)行可達(dá)性分析后沒有與GC Roots的引用鏈，那么它將會被第一次標(biāo)記，并且此時需要判斷是否有必要執(zhí)行finalize()方法。沒有必要的話，那么這個對象就宣告死亡，可以回收了。
如果有必要執(zhí)行，那么這個對象會被放置在一個叫做F-Queue的隊列中，并在稍后由虛擬機(jī)自動建立的低優(yōu)先級的Finalizer線程去執(zhí)行它。finalize()是對象拯救自己的最后一次機(jī)會-只要重新與引用鏈上的 任何一個對象建立關(guān)聯(lián)即可（譬如把自己賦值給某個類變量或者對象的成員變量），那么在第二次標(biāo)記時它將被移除“可回收”的集合，如果對象還沒有逃脫，基本上就真的被回收了。
具體的過程見下圖：
垃圾收集算法
標(biāo)記清除算法
標(biāo)記-清除算法是最基礎(chǔ)的算法，分為“標(biāo)記”和“清除”兩個階段：首先標(biāo)記出所有需要回收的對象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收。
它的主要不足有兩個：一是效率問題，標(biāo)記和清除兩個過程的效率都不高；另一個是空間問題，標(biāo)記清楚之后會產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片。
標(biāo)記-清除算法的執(zhí)行過程見下圖：
復(fù)制算法
為了解決效率問題，“復(fù)制”算法出現(xiàn)了。它將內(nèi)存空間劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊，當(dāng)這一塊的內(nèi)存用完了，就將還存活的對象復(fù)制到另外一塊上，然后再把已使用的的內(nèi)存空間一次性清理掉。
這樣每次都是對整個半?yún)^(qū)進(jìn)行內(nèi)存回收，內(nèi)存分配時也就不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況，只要移動堆頂指針，按順序分配內(nèi)存即可，實(shí)現(xiàn)簡單，運(yùn)行高效。但是這種算法的代碼是將內(nèi)存空間縮小為原來的一半。
復(fù)制算法的執(zhí)行過程見下圖：
標(biāo)記-整理算法
標(biāo)記過程仍然與標(biāo)記-清除算法一樣，但后續(xù)步驟不是直接對可回收對象進(jìn)行清理，而是讓所有存活的對象都向一端移動，然后直接清理掉邊界以外的內(nèi)存。
標(biāo)記-整理算法的執(zhí)行過程見下圖：
分代收集算法
當(dāng)前商業(yè)虛擬機(jī)的垃圾收集都采用“分代收集”的算法，這種算法只是根據(jù)對象存活周期的不同將內(nèi)存劃分為幾塊，一般是把Java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據(jù)各個年代的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)氖占惴ā?/p>
在新生代中，每次垃圾收集都發(fā)現(xiàn)有大批對象死去，只有少量存活，那就選用“復(fù)制算法“，只需要付出少量存活對象的復(fù)制成本就可以完成收集。而老年代中因?yàn)閷ο蟠婊盥矢?#xff0c;沒有額外空間對它進(jìn)行分配擔(dān)保，就必須使用”標(biāo)記-清理“算法或者”標(biāo)記-整理“算法。
垃圾收集器
堆內(nèi)存是垃圾收集器主要回收垃圾對象的地方，堆內(nèi)存可以根據(jù)對象生命周期的不同分為新生代和老年代，分代收集，新生代使用復(fù)制算法，老年代使用標(biāo)記清除或者標(biāo)記整理算法。
HotSpot虛擬機(jī)提供了7中垃圾收集器，其中新生代三種：Serial/ParNew/Parallel Scavenge收集器，老年代三種：Serial Old/Parallel Old/CMS，都適用的是G1收集器。所有垃圾收集器組合 情況如下圖：
Serial收集器
最基本也是發(fā)展歷史最長的垃圾收集器，在進(jìn)行垃圾收集時，必須Stop The World(暫停其他工作線程)，直到收集結(jié)束。只使用一條線程完成垃圾收集，但是效率高，因?yàn)闆]有線程交互的開銷，擁有更高的單線程收集效率。發(fā)生在新生代區(qū)域，使用復(fù)制算法。
ParNew收集器
Serial收集器的多線程版本。在進(jìn)行垃圾收集時同樣需要Stop The World（暫停其他工作線程），直到收集結(jié)束。使用多條線程進(jìn)行垃圾收集（由于存在線程交互的開銷，所以在單CPU的環(huán)境下，性能差于Serial收集器）。目前，只有Parnew收集器能與CMS收集器配合工作。發(fā)生在新生代區(qū)域，使用復(fù)制算法。
Parallel Scavenge收集器
ParNew收集器的升級版，具備ParNew收集器并發(fā)多線程收集的特點(diǎn)，以達(dá)到可控制吞吐量為目標(biāo)。（吞吐量：CPU用于運(yùn)行用戶代碼的時間與CPU總消耗時間（運(yùn)行用戶代碼時間+垃圾收集時間）的比值）。該垃圾收集器能根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行情況，動態(tài)調(diào)整自身參數(shù)，從而達(dá)到最大吞吐量的目標(biāo)。（該特性成為GC自適應(yīng)的調(diào)節(jié)策略）。發(fā)生在新生代，使用復(fù)制算法。
Serial Old收集器
Serial 收集器應(yīng)用在老年代的版本。并發(fā)、單線程、效率高。使用標(biāo)記整理算法。
Parallel Old收集器
是Parallel Scavenge應(yīng)用在老年代的版本，以達(dá)到可控制吞吐量、自適應(yīng)調(diào)節(jié)和多線程收集為目標(biāo)，使用標(biāo)記整理算法。
CMS收集器
CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一種以獲取最短回收停頓時間為目標(biāo)的收集器。使用這類收集器的應(yīng)用重視服務(wù)的響應(yīng)速度，希望系統(tǒng)停頓時間最短，以帶來更好的用戶體驗(yàn)。
使用標(biāo)記清除算法，一共四個步驟：初始標(biāo)記、并發(fā)標(biāo)記、重新標(biāo)記和并發(fā)清除。詳情見下表：
下面說下CMS的優(yōu)缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：（1）并行：用戶線程和垃圾收集線程同時進(jìn)行。
（2）單線程收集：只使用一條線程完成垃圾收集。
（3）垃圾收集停頓時間短：獲取最短的回收停頓時間，即希望系統(tǒng)停頓的時間最短，提高響應(yīng)速度。
缺點(diǎn)：
（1）總吞吐量會降低：因?yàn)樵撌占鲗PU資源非常敏感，在并發(fā)階段不會導(dǎo)致停頓用戶線程，但會因?yàn)檎加貌糠志€程（CPU資源）導(dǎo)致應(yīng)用程序變慢，總吞吐量會降低。
（2）無法處理浮動垃圾：由于并發(fā)清理時用戶線程還在運(yùn)行，所以會有新的垃圾不斷產(chǎn)生，只能等到下一次GC時再清理。（因?yàn)檫@一部分垃圾出現(xiàn)在標(biāo)記過程之后，所以CMS 無法在當(dāng)次GC中處理他們，因此CMS無法等到老年代填滿再進(jìn)行Full GC，CMS需要預(yù)留一部分空間）。
（3）垃圾收集后會產(chǎn)生大量的內(nèi)存碎片：因?yàn)镃MS收集器是使用標(biāo)記-清除算法的。
下面一張圖了解下CMS的工作過程：
G1收集器
G1收集器是最新最前沿的垃圾收集器。特點(diǎn)如下：
（1）并行：用戶線程和垃圾收集線程同時進(jìn)行。
（2）多線程：即使用多條垃圾收集線程進(jìn)行垃圾回收。（并發(fā)和并行充分利用多CPU和多核環(huán)境的硬件優(yōu)勢來縮短垃圾收集的停頓時間）
（3）垃圾收集效率高：G1收集器是針對性對Java堆內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行垃圾收集，而非每次都對整個區(qū)域進(jìn)行收集。即G1除了將Java堆內(nèi)存分為新生代和老年代之外，還會細(xì)分為許多個 大小相等的獨(dú)立區(qū)域（Region），然后G1收集器會跟蹤每個Region里的垃圾代價值大小，并在后臺維護(hù)一個列表。每次回收時，會根據(jù)允許的垃圾收集時間優(yōu)先回收價值最大的 Region，從而避免了對整個Java堆內(nèi)存區(qū)域的回收，提高了效率。因?yàn)樯鲜鰴C(jī)制，G1收集器還能建立可預(yù)測的時間模型：即讓使用者明確執(zhí)行一個長度為M毫秒的時間片段，消耗在 垃圾收集上的時間不得超出N毫秒。即具備實(shí)時性。
（4）不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片。從整理上看，G1收集器是基于標(biāo)記-整理算法的，從局部看是基于復(fù)制算法的。在新生代使用復(fù)制算法，在老年代使用標(biāo)記-整理算法。
下面了解下工作流程，跟CMS有點(diǎn)像。
下面是G1的工作過程：
類加載過程
在java中編譯并不進(jìn)行鏈接工作，類型的加載、鏈接和初始化工作都是在jvm執(zhí)行過程中進(jìn)行的。在Java程序啟動時，jvm通過加載指定的類，然后調(diào)用該類的main方法而啟動。在JVM啟動過程中， 外部class字節(jié)碼文件會經(jīng)過一系列過程轉(zhuǎn)化為JVM中執(zhí)行的數(shù)據(jù)，這一系列過程我們稱為類加載過程。
類加載整體流程
從類被JVM加載到內(nèi)存開始到卸載出內(nèi)存為止，整個生命周期包括：加載、鏈接、初始化、使用和卸載五個過程。其中鏈接又包括驗(yàn)證、準(zhǔn)備和解析三個過程。如下圖所示：
類加載時機(jī)
java虛擬機(jī)規(guī)范通過對初始化階段進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)定，來保證初始化的完成，而作為其之前的必須啟動的過程，加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備也需要在此之前開始。
Java虛擬機(jī)規(guī)定，以下五種情況必須對類進(jìn)行初始化：1、虛擬機(jī)在用戶指定包含main方法的主類后啟動時，必須先對主類進(jìn)行初始化。
2、當(dāng)使用new關(guān)鍵字對類進(jìn)行實(shí)例化時、讀取或者寫入類的靜態(tài)字段時、調(diào)用類的靜態(tài)方法時，必須先觸發(fā)對該類的實(shí)例化。
3、使用反射對類進(jìn)行反射調(diào)用時，如果該類沒有初始化先對其進(jìn)行初始化。
4、初始化一個類，而該類的父類還未初始化，需要先對其父類進(jìn)行初始化。
5、在JDK1.7之后的版本中使用動態(tài)語言支持，java.lang.invoke.MethodHandle實(shí)例解析的結(jié)果是REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，而該句柄對應(yīng)的類 還未初始化，必須先觸發(fā)其實(shí)例化。
加載
在加載階段，虛擬機(jī)需要完成三件事：
1、通過一個類的全限定名來獲取此類的class字節(jié)碼二進(jìn)制流。
2.將這個字節(jié)碼二進(jìn)制流中的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)中的運(yùn)行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
3、在內(nèi)存中生成一個代表該類的java.lang.Class對象，作為方法區(qū)中這個類的各種數(shù)據(jù)的訪問入口。
對于Class對象，Java虛擬機(jī)規(guī)范并沒有規(guī)定要存儲在堆中，HotSpot虛擬機(jī)將其存放在方法區(qū)中。
驗(yàn)證
驗(yàn)證作為鏈接的第一步，大致會完成四個階段的檢驗(yàn)：
1、文件格式驗(yàn)證：該階段主要在字節(jié)流轉(zhuǎn)化為方法區(qū)中的運(yùn)行時數(shù)據(jù)時，負(fù)責(zé)檢查字節(jié)流是否符合Class文件規(guī)范，保證其可以正確的被解析并存儲在方法區(qū)中。后面的檢查都是基于方法區(qū)的 存儲結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)，不會再直接操作字節(jié)流。
2、元數(shù)據(jù)驗(yàn)證：該階段負(fù)責(zé)分析存儲于方法區(qū)的結(jié)構(gòu)是否符合Java語言規(guī)范。此階段進(jìn)行數(shù)據(jù)類型的校驗(yàn)，保證符合不存在非法的元數(shù)據(jù)信息。
3、字節(jié)碼驗(yàn)證：元數(shù)據(jù)驗(yàn)證保證了字節(jié)碼中的數(shù)據(jù)符合語言的規(guī)范，該階段則負(fù)責(zé)分析數(shù)據(jù)流和控制流，確定方法體的合法性，保證被校驗(yàn)的方法在運(yùn)行時不會危害虛擬機(jī)的運(yùn)行。
4、符號引用驗(yàn)證：在解析階段會將虛擬機(jī)中的符號引用轉(zhuǎn)化為直接引用，該階段則負(fù)責(zé)對各種符號引用進(jìn)行匹配性校驗(yàn)，保證外部依賴真實(shí)存在，并且符合外部依賴類、字段、方法的訪問性。
準(zhǔn)備
準(zhǔn)備階段正式為類的字段變量（被static修飾的類變量）分配內(nèi)存并設(shè)置初始值。這些變量存儲在方法區(qū)中。當(dāng)類字段為常量類型（即被static final修飾），由于字段的值已經(jīng)確定，并不會在后面修改，此時會直接賦值為指定的值。
解析
解析階段將常量池中的符號引用替換為直接引用。在字節(jié)碼文件中，類、接口、字段、方法等類型都是由一組符號來表示。其形式由java虛擬機(jī)規(guī)范中的Class文件格式定義。在虛擬機(jī)執(zhí)行 指定指令之前，需要將符號引用轉(zhuǎn)化為目標(biāo)的指針、相對偏移量或者句柄，這樣可以通過此類直接引用在內(nèi)存中定位調(diào)用的具體位置。
初始化
在類的class文件中。包含兩個特殊的方法：clinit和init，這兩方法由編譯器自動生成，分別代表類構(gòu)造器和構(gòu)造函數(shù)，其中構(gòu)造函數(shù)編程實(shí)現(xiàn)，初始化階段就是負(fù)責(zé)調(diào)用類構(gòu)造器，來初始化 變量和資源。
clinit方法由編譯器自動收集類的賦值動作和靜態(tài)語句塊（static）中的語句合并生成的，有以下特點(diǎn)：
1、編譯器收集順序又代碼順序決定，靜態(tài)語句塊只能訪問它之前定義的變量，在它之后定義的變量只能進(jìn)行賦值不能訪問。
2、虛擬機(jī)保證在子類的clinit方法執(zhí)行前，父類的clinit已經(jīng)執(zhí)行完畢。
3、clinit不是必須的，如果一個類或接口沒有變量賦值和靜態(tài)代碼塊，則編譯器可以不生成clinit。
4、虛擬機(jī)會保證clinit方法在多線程中被正確的加鎖和同步。如果多個線程同時初始化一個類，那么只有一個線程執(zhí)行clinit，其他線程會被阻塞。
雙親委派模型
類加載器
1、定義：實(shí)現(xiàn)類加載階段的“通過一個里的全限定名來獲取描述此類的二進(jìn)制字節(jié)流”的動作的代碼模塊成為“類加載器”。對于任意一個類，都需要由加載它的類加載器和這個類本身一同確立其在java虛擬機(jī)中的唯一性，每一個類加載器，都擁有一個獨(dú)立的類名稱空間。比較兩個類是否“相等”，只有在這兩個類是同一個類加載器加載的前提下才有意義。
2、類加載器種類
從Java虛擬機(jī)的角度只有兩種類加載器：
（1）啟動類加載器（BootStrap ClassLoader），這個類加載器使用C++語言實(shí)現(xiàn)，是虛擬機(jī)自身的一部分。
（2）另一種就是所有其他類的加載器，這些類加載器都是由Java語言實(shí)現(xiàn)，獨(dú)立于虛擬機(jī)外部，并且都繼承自抽象類java.lang.ClassLoader。
從Java開發(fā)人員的角度，類加載器還可分為3種系統(tǒng)提供的類加載器和用戶自定義的類加載器。
（1）啟動類加載器（BootStrap ClassLoader）：負(fù)責(zé)加載存放java_homelib目錄中的，或者被-Xbootclasspath參數(shù)所指定的路徑中的類。
（2）擴(kuò)展類加載器（Extension ClassLoader）：這個加載器sun.misc.LauncherExtClassLoader實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載javahomelibext目錄中的，或者被java.ext.dirs系統(tǒng)變量所指定的路徑中的所有類庫，開發(fā)者可以直接使用擴(kuò)展類加載器。
（3）應(yīng)用程序類加載器（ApplicationClassLoader）：這個類加載器由sun.misc.LauncherExtClassLoader實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載java_homelibext目錄中的，或者被java.ext.dirs系統(tǒng)變量所指定的路徑中的所有類庫，開發(fā)者可以直接使用擴(kuò)展類加載器。 如果應(yīng)用程序中沒有自定義的類加載器，一般情況下 這個就是程序中默認(rèn)的類加載器。
（4）自定義類加載器（User ClassLoader）：用戶自定義的類加載器。用戶在編寫自己定義的類加載器時，如果需要把請求委派給引導(dǎo)類加載器，那直接使用numm代替即可。要創(chuàng)建用戶自己 的類加載器，只需要繼承java.lang.ClassLoader，然后覆蓋它的findClass(String name)方法即可。如果要符合雙親委派模型，則重寫findClass()方法。如果要破壞的話，則重寫 loadClass()方法。
雙親委派模型
上圖展示的類加載器之間的這種層次關(guān)系稱為類加載器的雙親委派模型。1、雙親委派模型要求除了頂層的啟動類加載器之外，其余的類加載器都應(yīng)當(dāng)有自己的父類加載器。
2、類加載器的雙親委派模型在jdk1.2被引入，但它不是一個強(qiáng)制性的約束模型，而是Java設(shè)計者推薦給開發(fā)者的一種類加載器的實(shí)現(xiàn)方式。
雙親委派模型的工作過程如下：
1、如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把這個請求委派給父類加載器去完成。
2、每一層的類加載器都重復(fù)第一步，因此所有的類加載請求最終都傳送到了頂層的類加載器中。
3、只有父類加載器返回自己無法完成這個加載請求，子加載器才會嘗試自己去加載。
對象的創(chuàng)建、存儲和訪問
對象的創(chuàng)建
1、類加載檢查：虛擬機(jī)遇到一條new指令，首先檢查這個指令的參數(shù)是否能在常量池中（Class文件的靜態(tài)常量池）定位到這個類的符號引用，并且檢查這個符號引用代表的類是否 已經(jīng)被加載、解析和初始化過。如果沒有，那必須先執(zhí)行相應(yīng)的類加載過程。
2、分配內(nèi)存：對象所需內(nèi)存大小在類加載完成后便可完全確定，為對象分配空間的任務(wù)等同于把一塊確定大小的內(nèi)存從Java堆中劃分出來。但是不同垃圾回收器的算法會導(dǎo)致堆內(nèi)存存在兩種情況：絕對規(guī)整和相互交錯。（比如標(biāo)記清楚算法和標(biāo)記整理算法）
（1）指針碰撞：假設(shè)Java堆內(nèi)存是絕對規(guī)整的，所有用過的內(nèi)存都存放在一起，空閑的內(nèi)存存放在另一邊，中間放著一個指示器作為分界點(diǎn)的指示器，所分配的內(nèi)存就僅僅是把那個指針向空閑空間那邊挪動一段與對象大小相等的距離，這種分配方式成為”指針碰撞“。
（2）空閑列表：如果是相互交錯的，那么虛擬機(jī)會維護(hù)一個列表，記錄哪些內(nèi)存塊是可用的，在分配的時候從列表中找到一塊足夠大的空間劃給對象實(shí)例，并更新列表上的記錄。這種分配方式成為”空閑列表“。
3、分配內(nèi)存的并發(fā)問題：即使是僅僅修改一個指針?biāo)赶虻奈恢?#xff0c;在并發(fā)情況下也不是線程安全的，可能出現(xiàn)正在給對象A分配內(nèi)存，指針還沒來得及修改，對象B又同時使用了原來的 指針來分配內(nèi)存的情況。針對這個問題有兩種解決方案：
（1）失敗重試：對分配內(nèi)存空間的動作進(jìn)行同步處理，虛擬機(jī)采用CAS和失敗重試機(jī)制保證更新操作的原子性。
（2）本地線程分配緩存：哪個線程要分配內(nèi)存，就在哪個線程的TLAB（Thread Local Allocation Buffer）上分配，只有TLAB用完并分配新的TLAB時，才需要同步鎖定。
4、內(nèi)存空間初始化零值：內(nèi)存分配完成后，虛擬機(jī)需要將分配到的內(nèi)存空間都初始化零值，這一步操作保證了對象的實(shí)例字段（成員變量）在Java代碼中可以不賦值就直接使用，程序能夠訪問到這些字段的數(shù)據(jù)類型所對應(yīng)的零值。
5、對象設(shè)置：接下來虛擬機(jī)會對對象進(jìn)行必要的設(shè)置，例如這個對象是哪個類的實(shí)例，如何才能找到類的元數(shù)據(jù)信息、對象的哈希嗎、對象的GC分代年齡等信息。這些信息存放在對象頭中。至此一個新的對象產(chǎn)生了。
6、實(shí)例構(gòu)造器的init方法：雖然對象產(chǎn)生了，但是init方法并沒有執(zhí)行，所欲字段還需要賦值（包括成員變量賦值，普通語句塊執(zhí)行，構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行等。）
Clinit和init
Clinit
類構(gòu)造器的方法，與類的初始化有關(guān)。例如靜態(tài)變量（類變量）和靜態(tài)對象賦值，靜態(tài)語句塊的執(zhí)行。如果一個類中沒有靜態(tài)語句塊，也沒有靜態(tài)變量或靜態(tài)對象的賦值， 那么編譯器可以不為這個類生成方法。
init
實(shí)例構(gòu)造器（即成員變量，成員對象等），例如成員變量和成員對象的賦值，普通語句塊的執(zhí)行，構(gòu)造函數(shù)的執(zhí)行。
對象的內(nèi)存布局
在HotSpot虛擬機(jī)中，對象在內(nèi)存中存儲的布局可以分為三個區(qū)域：對象頭、實(shí)例數(shù)據(jù)和對齊填充。
對象頭
對象頭包括兩部分信息：運(yùn)行時數(shù)據(jù)和類型指針。
運(yùn)行時數(shù)據(jù)
第一部分用于存儲對象自身的運(yùn)行時數(shù)據(jù)，如哈希嗎（HashCode）、GC分代年齡、鎖狀態(tài)標(biāo)志、線程持有的鎖、偏向線程ID、偏向時間戳等。
下面是HotSpot虛擬機(jī)對象頭Mark Word：
類型指針
對象頭的另一部分是類型指針，即對象指向他元數(shù)據(jù)的指針，虛擬機(jī)可以通過這個指針確定這個對象是哪個類的實(shí)例。但是如果對象是一個Java數(shù)組，那么在對象頭中還必須有一塊用于記錄數(shù)據(jù)長度的數(shù)據(jù)。
對象的實(shí)例數(shù)據(jù)
接著數(shù)據(jù)頭的是對象的實(shí)例數(shù)據(jù)，這部分是真正存儲的有效信息。無論是從父類中繼承下來的還是在子類中定義的，都需要記錄下來。
對齊填充
最后一部分對齊填充并不是必然存在的，也沒有特別的含義，僅僅起著占位符的作用。由于HotSpot虛擬機(jī)的自動內(nèi)存管理系統(tǒng)要求對象的起始地址必須是8字節(jié)的整數(shù)倍，也就是 對象的大小必須是8字節(jié)的整數(shù)倍。而對象頭部分是8字節(jié)的倍數(shù)，當(dāng)實(shí)例數(shù)據(jù)沒有對齊的時候，需要對齊填充湊夠8字節(jié)的整數(shù)倍。
對象的訪問定位
建立對象是為了使用對象，我們的Java程序需要通過棧上的引用數(shù)據(jù)來操作堆上的具體對象。對象的訪問方式取決于虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)，目前主流的訪問方式有使用句柄和直接指針兩種。
句柄引用和直接引用不同在于：使用句柄引用的話，那么Java對堆中將會劃分出一塊內(nèi)存來作為句柄池，引用中存儲的就是對象的句柄地址，但是直接引用引用中存儲的直接就是對象地址。Java使用的是直接指針訪問對象的方式，因?yàn)樗畲蟮暮锰幘褪撬俣雀?#xff0c;它節(jié)省了一次指針定位的時間開銷，由于對象的訪問在Java中非常頻繁，因此這類開銷積少成多后也是一項(xiàng) 非常可觀的執(zhí)行成本。
下面是通過直接指針訪問對象
總結(jié)
本文講解了運(yùn)行時數(shù)據(jù)區(qū)域，內(nèi)存溢出，如何判斷對象是否存活，垃圾回收算法和垃圾收集器，類加載機(jī)制和雙親委派模型以及對象的創(chuàng)建存儲和訪問幾個方面，涵蓋jvm的核心考點(diǎn)，希望你有所收獲。
來源：掘金
作者：堅持就是勝利
鏈接：https://juejin.im/user/1943592288657022
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的浮点数例外 (核心已转储)_15000 字梳理 JVM 的核心知识的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： mybatisplus or查询_Myb
- 下一篇： filesaver.js 保存文件路径_