原文：故事：走进JVM的世界（图文并茂）注意！本文较长，建议阅读前收藏。更多文章请关注作者公众号：实战代码也可以star。这篇文章在我的GitHub上的仓库：https://github.com/flyhero/Ma...说明：本文基于Java8Hotspot64位操作系统思路下，小强是一名开发工程师，拥有工作3年多。从他的发量就可以看出，小强的资历还比较年轻。最近公司没什么动静，他开始有些烦了。今天下午，同事们都在热烈讨论业务，他却没有参与，于是决定学点东西，百无聊赖的翻着各种网页，发现JVM是高手们推荐的知识，于是决定好好学习一下看。.5分钟后……小强觉得这知识有点枯燥，难怪高手们都能看懂！又看了几分钟，小强累了，揉了揉睡眼。然而就在这时，他忽然发现，周围同事们议论纷纷的声音已经听不见了，安静的不得了。1.进入世界小强努力睁开眼睛，发现自己在一片空白中，吓了一跳，心想我这是怎么了，我穿越了吗？却要穿越到人间风景如画的地方，美人如云……，这情况……突然一个白胡子老者走到了他的面前。小强刚要说话，老爷子抢先一步：你好，我是这个JVM世界的Creator，你可以叫我“HotSpot”，不过没关系，因为我创造的世界是按照“JVM规范”。休息的时候，发现来了客人，原来是你。小强：我想问……老头：不用问，我知道，你想知道我创造的世界，对吧？跟我来。这老头，我还没说话，这下完了！好吧，让我们看看并告诉你。老人边走边说：JVM的世界空间是有限的，我们坚持一个原则：各司其职，不留无用之人！小强：啊！好残酷。老人：不，这不残忍。我们的世界，为客户服务而生，为客户闪耀。每个人都奉献自己的能力圆满完成任务。退出舞台是唯一正确的，这是他们最好的。目的地。小强：对，这样世界就不会那么拥挤，我们可以有条不紊地工作。为什么我这么无知……2、我们来看看我们这个世界的整体构成，中心区域是怎么布局的。下面来看看我们日常的主要工作区（运行时数据区）。为了使我们的工作更有效率，我们将世界空间划分为这些部分。居住区-Heap这里是人们工作之余居住的居住区。居住区又根据人的年龄划分为伊甸区、幸存者区、老年区。Workspace-stack当每一个任务到来时，都会在工作空间开辟出一个单独的地方来完成这个任务。Recorder-ProgramCounter由于我们同时可以做的任务是有限的，所以我们需要为不同的任务划分不同的时间片。当我们切换任务时，我们需要一个记录器，它可以记录我们在哪里完成了这个任务。Next下次回来还可以继续做。仓库管理区-方法区存放工人模板和常用常量工具。3.生与死。在这里工作的人都会经历生死。大多数人不会活到老年，但这并不重要。重要的是他为我们做出了贡献。3.1天生老人：这里每个人都有一个模板（类），看到那个在小区里休息的高个子了吗？他叫张三，是根据外部客户给的模板“用户类”创建的。他是客户最喜欢的工人。你知道这些客户模板（类别）是如何进入我们的世界的吗？小强：这个我知道一点，以前看过一点。这个过程还是有点复杂。客户的模板（类）通过翻译工厂（编译器）翻译成类字节码，因为你的世界只知道字节码，然后你的加载系统会把它们加载到这里。加载过程有以下几个阶段：加载阶段由加载器完成。老头：对，我们提供三个工厂，启动类加载器，扩展类加载器，应用类加载器。当然，客户也可以定制装载机。小强：他们走的是家长委托的模式，但我一直不太明白这个词！老人：这是你语言翻译的问题。这种模式叫做“家长委托”，你懂的！这意味着让你的父母为你做这件事。小强：家长委托模式有什么好处？老头：优先级的关系可以避免重复加载模板（类）。安全考虑可能会阻止Java核心API被替换。老人继续说：你知道连接过程的三个步骤是什么吗？小强：具体我就不知道了……老头笑道：我们不是一直对谁来客户定义的模板（类）开放的。为了我们世界的安全和提供更好的服务，我们会在模板上做一些验证和后续操作。校验包括格式校验、元数据校验、字节码校验、符号校验。当验证通过后，我们为模板依赖的东西（类变量）分配空间，最后用直接引用代替符号引用。老爷子看着小强，皱了皱眉，继续补充道：你可能不明白什么是符号引用，什么是直接引用！符号引用是指在编译时，我们不知道模板（类）所依赖的其他东西会在我们空间的什么地方，只能用符号来表示。直接引用是指所有东西都加载到这里后，就会有自己的真实空间地址，然后取代符号引用。这样运行时就可以找到它们所依赖的东西。最后是初始化。这个阶段主要是初始化类变量，也就是执行类构造函数的过程。小强：我怎么没看到这些模板？老头：我把这些模板藏在世界的后面，一般人看不到，统称为Klass。小强：不行！你错了吗？不应该叫Class吗？老头：哈哈！刚才说了，一般人是看不出来的，你就是其中之一！平时看到的Class只是对Klass的封装，真正记录模板中具体元信息的是Klass。记住这一次，年轻人。3.2工人小强：为什么你们的工人一样高？老头：你观察的真仔细！是的，他们确实是平等和贫穷的。要想知道为什么，首先要了解这些工人是由哪些部分组成的。他们头的大小是固定的，身体的大小由自己的属性数据决定，最后的脚由我决定。如果前两个数据的大小没有达到8的倍数，那我就补上，所以这里的padding让它们有相同的高差（内存对齐）。我创建它们基于两个原因：平台原因：并非所有硬件平台都可以访问任何地址的任何数据；有些硬件平台只能在特定地址获取特定类型的数据，否则会抛出硬件异常。性能原因：中央大脑（CPU）以内存访问粒度访问内存，即每次内存访问的长度是固定的。如果不这样做，中央大脑需要访问内存两次，但在对齐后只需要访问一次。小强：嗯，我明白了！那你能告诉我为什么这些工人一直在居民区搬迁吗？3.3长寿老人：经过长时间的观察，我发现每个工人的寿命长短是不一样的。所以我把居民区分成新生代和老年代，然后让他们合理移动，这样可以有效利用空间，让垃圾小分队的工作更有效率。工人出生后，会被分配到伊甸区。当伊甸区快满的时候，垃圾小分队就会过来清理。如果清洁后工人还活着，他们将转移到其中一个幸存者区域。当幸存者区快满时，垃圾小分队会将幸存的工人转移到另一个幸存者区，如此循环，每次垃圾小分队清扫，存活的工人都会成长一年，直到工人达到15岁，达到之后，他们将搬迁到老一辈居住的地方。但也有例外。如果一个worker吃多了，newgeneration容不下他，他就直接到oldgeneration去住。当老年代快满的时候，就会进行一次垃圾清理（fullgc）。小强：原来如此！从此，我不再是只知道栈区的菜鸟了！哈哈哈哈……老头：年轻人，别高兴得太早！到目前为止，您所知道的仍然是九牛一毛。3.4死亡证明小强：如何判断工人是否到了生命尽头？第一种方法：引用计数法为每个worker添加一个引用计数器，即只要有人需要worker的帮助，那么这个worker的计数就加1，否则，如果其他人不再需要这个worker的帮助，那么这个计数会减1，直到计数为0，表示worker的生命走到了尽头。但是这种做法有一个问题：如果workerA和workerB需要彼此的帮助，但是没有其他worker或task同时需要他们，那么他们两个都会永远活着！所以我们不会采用这种方法。第二种方法：可达性分析法。我们以找到称为“GCroots”的worker为起点，然后依次寻找他们在工作中依赖的worker，这样我们就可以知道哪些worker是不必要存在的。小强：我怎么知道哪些worker是“GCroots”？老头：工作区（栈）仓库（方法区）需要worker模板（类）本身需要worker（static，constant）后台需要worker（nativemethod）小强：明白了！4.回收老人：带你认识一下垃圾小队的角色！但在了解它们之前，您最好了解清除垃圾的基本方法。4.1基本方法垃圾回收遵循的基本方法如下：mark-sweep先标记所有需要回收的worker（对象），标记完成后统一回收所有标记的worker。但这有两个缺点：1、效率不高。2.碎片会很多。空间复制将可用空间一分为二，并且一次只使用其中一个。工人们搬迁到另一个街区。虽然这解决了标记-清除效率问题，但这种方法将空间减少了一半。标记排序首先标记所有需要回收的工人（对象），然后将存活的工人移动到空间的一端，然后清理边界外的工人。小强笑道：原来是这三个算法！我知道！老头：知道了，就让我认识一下垃圾清扫队的人吧！4.2主要成员垃圾清扫队由若干小组组成。客户可以指定他们喜欢的团队让他们工作。每个团队的清洁方法都不同，各有优缺点。让我向您介绍两个主要成员，CMS和G1。CMS：是的，我们是CMS团队。全称是“ConcurrentMarkSweep”。顾名思义，我们是一个使用mark-and-sweep算法的并发团队。我们的目标是获得最短的恢复暂停时间。小强：那你说说你是怎么工作的？CMS：我们主要分四个步骤，1.初始标记2.并发标记3.再标记4.并发清除小强：算了，这么多步骤太花时间去了解了，我现在知道你的优势了，那有什么你的弱点？CMS：这怎么还暴露人的伤疤……老头这时候重重的咳了两声，意思是CMS立马抓住了，委屈的说：我有3个缺点：资源不是很充足的时候，占用太多资源，导致任务变慢，无法处理浮动垃圾。我们打扫的时候，工人们也在同时工作。我们标记之后，一些工人就不再需要了。我们团队遵循的是“mark-clear”算法，所以会产生大量的碎片空间。导致worldcleaning(fullgc)早到的直言不讳的小强说：原来你的问题这么严重，老夫没有退出你的团队……CMS：你……我觉得我们的团队红极一时当年……所以我猜G1可以弥补CMS的不足？G1：说实话，我们组的目标是取代CMS组...（JDK14CMS正式告一段落）小强坏笑，哈哈...，CMS翻了个白眼躲在角落里偷偷难过。小强：说说你在G1的能力吧！G1：我们团队是基于标记排序的算法，所以不会有很多碎片空间。我们还引入了分区的思想，弱化了生成的概念。我们的停顿时间是可控的，我们也可以充分利用它来避免雪崩。客户给我们的资源，停顿时间的减少，是我们团队的优势。下面我就给大家详细介绍一下我们团队的情况……小强：好的！你继续……就在小强听得津津有味的时候，一只巨大的手突然出现在天空中朝他袭来。小强躲闪不及。看，靠，技术总监……你怎么来了？导演：我不在，我在哪？你在家睡觉吗！小强这才反应过来。原来他还在办公室，出事了！导演：小强，回家好爽，明天别用了！小强慌了，灵机一动：导演，你知道我刚才在做什么吗？那不是睡觉，我有一个故事让你在做决定之前听听。走吧……最后把本文的知识总结成思维导图：说明：[作者]：flyhero[公众号]：代码实战。【简介】：我想做一个有理论有实践的学校。【福利】：关注微信公众号，回复：“JVM”获取思维导图【转载】：转载请注明出处，谢谢合作！
