2026-02-12-JVM

这个章节是八股文，面试之前临时背诵一下就可以了

JVM内存分布

程序计数器

它是用来表示程序下一条执行的字节码指令的位置

栈

描述了方法的调用关系。没执行一个方法，都会创建一个栈

堆

存储 new 出来的对象，是内存占用最大的区域

方法区/元数据区

存储类对象，比如 .class 文件。

类对象是在反射中有提到过

问题

• JVM 内存划分为几个区域，都是干啥的？

  主要划分为栈，堆，程序计数器和元数据区。

  • 栈：用来表示方法调用的顺序，里面存储局部变量
  • 堆：new 出来的实例对象都存储在这个区域内，它是内存占用最大的一部分
  • 程序计数器：记录下一个方法字节码的位置
  • 元数据区：存储类对象，静态成员变量就是存储在这里的

• 给你一段代码，问 xxx 变量是存储在哪个区域的？

  • 局部变量：栈帧的一部分（栈）
  • 成员变量：存储在对象实例中（堆）
  • 静态成员变量：存储在类对象上面（元数据区）

• 上诉内存区域中，哪些是在一个进程中是存在多份的？

  程序计数器和栈。在多个线程中，里面是有不同的方法调用，所以要有不同的栈和程序计数器。

  而堆和元数据区是多个线程共享一份。

JVM 类加载机制

除非需要开发框架之类的内容，这个基本上是不需要改变的

步骤

1. 加载：根据全限定类名（包的地址+类名）加载 .class 文件

   详细的加载过程见类加载器里面会解释

2. 校验：校验 .class 文件是不是符合相关的规范
3. 准备：申请一块空间，这一块空间已经被全部初始化为0
4. 解析：处理字面值，把它从符号引用转变为直接引用。

   • 字面值：像字符串，类的地址等都是
   • 符号引用与直接引用：由于在加载进内存之前，是没有地址这样的概念的，只有偏移量这样的概念。比如在硬盘上要表示 hello 的位置，需要说偏移量 n, 但是到了内存，就需要把它转变为 0x0110 这样类似的地址。这个过程就是符号引用转变为直接引用

5. 初始化：加载所有的静态类/方法/代码块，把相关的值付给

类加载器

类加载器是一个双亲委派模型，它是层层加载，它从儿子开始，在父亲内找相关的类文件，如果父亲没找到，再去儿子那边找。父亲的优先级是比儿子优先级高

Java 中，加载器的优先级从高到低分别为 Bootstrap ClassLoader, Extension ClassLoader, Applicatoin ClassLoader，它们分别是负责加载标准库，扩展库（目前已经很少用了），第三方库（自己写的类，Maven 管理的类）。

垃圾回收机制

垃圾回收（GC）是主要负责堆的回收，它不会对元数据区，栈，程序计数器这些经行回收。它只会回收 100% 没有用的内容，遵循“宁放过，不杀错”的原则。它的处理管理的最小单位是一个类对象，如果这个类对象不使用了，才会释放

垃圾辨认

在垃圾辨认过程中，有两个比较流行的方式，它们分别是：引入计数和可达性分析

引入计数

它是在每一个实例对象内，分配一小块内存，专门用来统计被引用的次数。但是在Java 中是不使用这个方法的，因为它有两个问题：消耗存储空间和循环引用

• 消耗存储空间：假设对象是占据10字节，计数占据2字节，在创建大量占据空间比较小的对象的情况下，就需要添加额外 20% 的空间来运行数据

• 循环引用：

  class Test {
  	Test k = null;
  }
  
  // new 两个对象
  Test a = new Test();
  Test b = new Test();
  
  // 把对象里面的 k 交叉赋值
  a.k = b;
  b.k = a;
  
  // 把 a 和 b 分别变为 null
  a = null;
  b = null;

  就拿上诉代码举例，在执行在最后，就会发现它最后的计数是不能清除的，所以需要添加额外的措施来解决这个问题

可达性分析

把创建出来的实例对象想象为一棵树，它里面的属性是一个一个子节点，那么只需要每隔一段时间后递归分析，再和 JVM 中的另一张负责记录所有 new 出来对象的表经行对照，就可以判断出哪些是需要删除的了

垃圾释放

回收垃圾有三个方法：标记清除，复制算法和标记整理。

标记清除

它是直接把要删除的内存经行清空，但是它会导致内存碎片的问题。

垃圾回收机制-垃圾释放-标记清除-内存碎片

比如目前有 3GB 内存，有三块空间，它们分别各占据 1GB，此时 第一个和最后一个不使用了，释放了 2GB 内存。如果此时需要申请 1.5GB 内存，那么就会申请不了

复制算法

垃圾回收机制-垃圾释放-复制算法

它是把内存一分为二，在一次可达性分析后，把还在使用的对象全部移动到另一侧，接着把之前的那一半内存给清空。它可以解决内存碎片的问题

问题：

1. 内存利用率低，开销大
2. 如果在使用的对象还很多，那么复制的开销会比较高

标记整理

垃圾回收机制-垃圾释放-标记整理

它是类似顺序表那样，把不要的对象移除，然后其他有用的对象覆盖上去。这个也会有开销，适合那些不经常删除的对象

分代回收

JVM 是采用分代回收的机制，它是把复制算法和标记整理结合起来。

垃圾回收机制-垃圾释放-分代回收

它主要分为二个区域，分别是新时代（伊甸区和幸存区）和老生代

• 伊甸区：它是刚刚开始 new 出来的对象存放的地方。在一次可达性分析后，就会把幸存的对象放入幸存区，然后把这里置为空

  根据实践，发现大部分对象是熬不过一次可达性分析，这样复制的开销就比较低，因此是采用复制算法把内容复制到幸存区内

• 幸存区：这里存储的对象都是至少一次可达性分析，每次经过一次可达性分析后，年龄会增长1, 然后放到更老的幸存区内
• 老生代：经过多次可达性分析后，发现相关的对象依然还存活，就把它放入老生代里面了。老生代是使用标记整理的方法，而且考察的频次相对于伊甸区和幸存区是偏低的

  根据实践，发现如果一个对象是长时间都不用回收，那么之后大概率是依然不需要回收，因此这里可达性分析的频率是偏低