深入理解Java虚拟机读书笔记(一)
注：本文多数内容摘抄自《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（第3版）周志明》
Java技术体系
Java程序设计语言、Java虚拟机、Java类库这三部分统称为JDK（Java Development Kit）
把Java类库API中的Java SE API子集[3]和Java虚拟机这两部分统称为 JRE（Java Runtime Environment）
Java内存管理
程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是本地（Native）方法，这个计数器值则应为空（Undefined）。此内存区域是唯 一一个在《Java虚拟机规范》中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack）是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候，Java虚拟机都 会同步创建一个栈帧[1]（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信 息。每一个方法被调用直至执行完毕的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别只是虚拟机
栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的本地（Native） 方法服务。
Java堆（Java Heap）是虚拟机所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所
有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，Java 世界里“几乎”所有的对象实例都在这里分配内存。
需要注意的是，在堆中出现的“新生代”，“老年代”，“永久代”，“Eden空间”等名词的原因是在因为这些是在G1垃圾收集器之前的一部分特性，都是采用“经典分代”的设计。但是在G1以及其之后，严格来说，不应该再用分代模型来描述堆。
方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载
的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。
关于方法区和永久代的误解
在JDK8以前，当时的HotSpot虚拟机设 计团队选择把收集器的分代设计扩展至方法区，或者说使用永久代来实现方法区而已，这样使得 HotSpot的垃圾收集器能够像管理Java堆一样管理这部分内存，省去专门为方法区编写内存管理代码的工作。但是这不意味着永久代和方法区是等价的。
在方法区的GC主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。
对象的创建过程
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Java虚拟机遇到一条字节码new指令，先去常量池中定位这个类的符号引用，并判断是否被加载、解析和初始化过
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在堆中为对象分配内存。
分配内存可以有两种形式，指针碰撞和空闲列表。
指针碰撞指的是，假设Java堆中内存是绝对规整的，所有被使用过的内存都被放在一 边，空闲的内存被放在另一边，中间放着一个指针作为分界点的指示器，那所分配内存就仅仅是把那 个指针向空闲空间方向挪动一段与对象大小相等的距离。
空闲列表指的是Java堆中的内存并不是规整的，已被使用的内存和空闲的内存相互交错在一起，那 就没有办法简单地进行指针碰撞了，虚拟机就必须维护一个列表，记录上哪些内存块是可用的，在分配的时候从列表中找到一块足够大的空间划分给对象实例，并更新列表上的记录。
同时分配内存还需要解决并发环境下的问题。
有两种解决方法，一是使用CAS+失败重试的方法，或者是使用TLAB的形式为每一个线程分配一个缓冲区。
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将分配的内存初始化为零值(不包括对象头)
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调用对象的<init>方法(也就是构造方法)
对象的内存布局
在HotSpot虚拟机里，对象在堆内存中的存储布局可以划分为三个部分：对象头（Header）、实例
数据（Instance Data）和对齐填充（Padding）。
HotSpot虚拟机对象的对象头部分包括两类信息。第一类是用于存储对象自身的运行时数据（如哈希码（HashCode）、GC分代年龄、锁状态标志、线程持有的锁、偏向线程ID、偏向时间戳等），对象头的另外一部分是类型指针，即对象指向它的类型元数据的指针，Java虚拟机通过这个指针来确定该对象是哪个类的实例。
实例数据部分是对象真正存储的有效信息，即我们在程序代码里面所定义的各种类型的字
段内容，无论是从父类继承下来的，还是在子类中定义的字段都必须记录起来
对象的第三部分是对齐填充，这并不是必然存在的，也没有特别的含义，它仅仅起着占位符的作
用。由于HotSpot虚拟机的自动内存管理系统要求对象起始地址必须是8字节的整数倍，换句话说就是 任何对象的大小都必须是8字节的整数倍。
对象的访问定位
《Java虚拟机规范》里面只规定了栈上的reference数据是一个指向对象的引用，并没有定义 这个引用应该通过什么方式去定位、访问到堆中对象的具体位置，所以对象访问方式也是由虚拟机实现而定的，主流的访问方式主要有使用句柄和直接指针两种。
如果使用句柄访问的话，Java堆中将可能会划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据与类型数据各自具体的地址信息。
使用句柄来访问的最大好处就是reference中存储的是稳定句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而 reference本身不需要被修改。
如果使用直接指针访问的话，Java堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类型数据的 相关信息，reference中存储的直接就是对象地址，如果只是访问对象本身的话，就不需要多一次间接访问 的开销。
使用直接指针来访问最大的好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销
HotSpot主要采用的是这个方法。
垃圾收集
判断垃圾方法：引用计数，可达性分析。
GCRoot对象
在虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象，譬如各个线程被调用的方法堆栈中使用到的参数、局部变量、临时变量等。
在方法区中类静态属性引用的对象，譬如Java类的引用类型静态变量。
在方法区中常量引用的对象，譬如字符串常量池（String Table）里的引用。
在本地方法栈中JNI（即通常所说的Native方法）引用的对象。
Java虚拟机内部的引用，如基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象（比如NullPointExcepiton、OutOfMemoryError）等，还有系统类加载器。
所有被同步锁（synchronized关键字）持有的对象。
反映Java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等。
引用类型
引用分为强引用（Strongly Re-ference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）和虚引用（Phantom Reference）
强引用是最传统的“引用”的定义，是指在程序代码之中普遍存在的引用赋值，即类似“Object
obj=new Object()”这种引用关系。无论任何情况下，只要强引用关系还存在，垃圾收集器就永远不会回 收掉被引用的对象。
软引用是用来描述一些还有用，但非必须的对象。只被软引用关联着的对象，在系统将要发生内
存溢出异常前，会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收，如果这次回收还没有足够的内存， 才会抛出内存溢出异常。在JDK 1.2版之后提供了SoftReference类来实现软引用。
弱引用也是用来描述那些非必须对象，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只
能生存到下一次垃圾收集发生为止。当垃圾收集器开始工作，无论当前内存是否足够，都会回收掉只 被弱引用关联的对象。在JDK 1.2版之后提供了WeakReference类来实现弱引用。
虚引用也称为“幽灵引用”或者“幻影引用”，它是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的
存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚 引用关联的唯一目的只是为了能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。在JDK 1.2版之后提供 了PhantomReference类来实现虚引用。
对象的死亡
即使在可达性分析中被判定为不可达的对象,也不是一定会被垃圾回收。这时候它们暂时还处于“缓刑”阶段，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：如果对象在进行可达性分析后发现没 有与GC Roots相连接的引用链，那它将会被第一次标记，随后进行一次筛选，筛选的条件是此对象是 否有必要执行finalize()方法。假如对象没有覆盖finalize()方法，或者finalize()方法已经被虚拟机调用 过，那么虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行（这时就会被回收，反之就会准备去调用finalize方法）
如果这个对象被判定为确有必要执行finalize()方法，那么该对象将会被放置在一个名为F-Queue的队列之中，并在稍后由一条由虚拟机自动建立的、低调度优先级的Finalizer线程去执行它们的finalize() 方法