一、JVM类加载机制
.java文件编译—>生成JVM能够识别的.class字节码文件—>JVM把.class文件加载到内存—>对数据进行校验、转换解析、初始化
后续由执行引擎执行，在执行过程中，需要运行时数据区提供数据 类的生命周期是加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载
1、类的加载过程采用委托模式实现
2、每个 ClassLoader 都有一个父加载器。
3、类加载器在加载类之前会先递归的去尝试使用父加载器加载。
4、虚拟机有一个内建的启动类加载器（bootstrap ClassLoader），该加载器没有父加载器，但是可以作为其他加载器的父加载器。
Java 提供三种类型的系统类加载器。第一种是启动类加载器，由C++语言实现，属于JVM的一部分，其作用是加载 <Java_Runtime_Home>/lib 目录中的文件，并且该类加载器只加载特定名称的文件（如 rt.jar），而不是该目录下所有的文件。另外两种是 Java 语言自身实现的类加载器，包括扩展类加载器（ExtClassLoader）和应用类加载器（AppClassLoader），扩展类加载器负责加载<Java_Runtime_Home>\lib\ext目录中或系统变量 java.ext.dirs 所指定的目录中的文件。应用程序类加载器负责加载用户类路径中的文件。用户可以直接使用扩展类加载器或系统类加载器来加载自己的类，但是用户无法直接使用启动类加载器，除了这两种类加载器以外，用户也可以自定义类加载器，加载流程如下图所示：
默认情况下，用户自定义的类使用 AppClassLoader 加载，AppClassLoader 的父加载器为 ExtClassLoader，但是 ExtClassLoader 的父加载器却显示为空，这是什么原因呢？究其缘由，启动类加载器属于 JVM 的一部分，它不是由 Java 语言实现的，在 Java 中无法直接引用，所以才返回空。但如果是这样，该怎么实现 ExtClassLoader 与 启动类加载器之间双亲委派机制？我们可以参考一下源码：
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}从源码可以看出，ExtClassLoader 和 AppClassLoader都继承自 ClassLoader 类，ClassLoader 类中通过 loadClass 方法来实现双亲委派机制。整个类的加载过程可分为如下三步：
1、查找对应的类是否已经加载。
2、若未加载，则判断当前类加载器的父加载器是否为空，不为空则委托给父类去加载，否则调用启动类加载器加载（findBootstrapClassOrNull 再往下会调用一个 native 方法）。
3、若第二步加载失败，则调用当前类加载器加载。
通过上面这段程序，可以很清楚的看出扩展类加载器与启动类加载器之间是如何实现委托模式的。
现在，我们再验证另一个问题。我们将刚才的Test类打成jar包，将其放置在 <Java_Runtime_Home>\lib\ext 目录下，然后再次运行上面的代码，结果如下：
现在，该类就不再通过 AppClassLoader 来加载，而是通过 ExtClassLoader 来加载了。如果我们试图把jar包拷贝到<Java_Runtime_Home>\lib，尝试通过启动类加载器加载该类时，我们会发现编译器无法识别该类，因为启动类加载器除了指定目录外，还必须是特定名称的文件才能加载。
三、自定义类加载器
通常情况下，我们都是直接使用系统类加载器。但是，有的时候，我们也需要自定义类加载器。比如应用是通过网络来传输 Java 类的字节码，为保证安全性，这些字节码经过了加密处理，这时系统类加载器就无法对其进行加载，这样则需要自定义类加载器来实现。自定义类加载器一般都是继承自 ClassLoader 类，从上面对 loadClass 方法来分析来看，我们只需要重写 findClass 方法即可。下面我们通过一个示例来演示自定义类加载器的流程：
package com.paddx.test.classloading;
import java.io.*;
/**
* Created by liuxp on 16/3/12.
*/
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String root;
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
byte[] classData = loadClassData(name);
if (classData == null) {
throw new ClassNotFoundException();
} else {
return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
}
}
private byte[] loadClassData(String className) {
String fileName = root + File.separatorChar
+ className.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
try {
InputStream ins = new FileInputStream(fileName);
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
int bufferSize = 1024;
byte[] buffer = new byte[bufferSize];
int length = 0;
while ((length = ins.read(buffer)) != -1) {
baos.write(buffer, 0, length);
}
return baos.toByteArray();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
public String getRoot() {
return root;
}
public void setRoot(String root) {
this.root = root;
}
public static void main(String[] args) {
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader();
classLoader.setRoot("/Users/liuxp/tmp");
Class<?> testClass = null;
try {
testClass = classLoader.loadClass("com.paddx.test.classloading.Test");
Object object = testClass.newInstance();
System.out.println(object.getClass().getClassLoader());
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}运行上面的程序，输出结果如下：
自定义类加载器的核心在于对字节码文件的获取，如果是加密的字节码则需要在该类中对文件进行解密。由于这里只是演示，我并未对class文件进行加密，因此没有解密的过程。这里有几点需要注意：
1、这里传递的文件名需要是类的全限定性名称，即com.paddx.test.classloading.Test格式的，因为 defineClass 方法是按这种格式进行处理的。
2、最好不要重写loadClass方法，因为这样容易破坏双亲委托模式。
3、这类 Test 类本身可以被 AppClassLoader 类加载，因此我们不能把 com/paddx/test/classloading/Test.class 放在类路径下。否则，由于双亲委托机制的存在，会直接导致该类由 AppClassLoader 加载，而不会通过我们自定义类加载器来加载。
四、总结
双亲委派机制能很好地解决类加载的统一性问题。对一个 Class 对象来说，如果类加载器不同，即便是同一个字节码文件，生成的 Class 对象也是不等的。也就是说，类加载器相当于 Class 对象的一个命名空间。双亲委派机制则保证了基类都由相同的类加载器加载，这样就避免了同一个字节码文件被多次加载生成不同的 Class 对象的问题。但双亲委派机制仅仅是Java 规范所推荐的一种实现方式，它并不是强制性的要求。近年来，很多热部署的技术都已不遵循这一规则，如 OSGi 技术就采用了一种网状的结构，而非双亲委派机制
二、JVM内存管理机制
JVM将内存划分为几个部分：PC寄存器（程序计数器）、堆、虚拟机栈、本地方法栈、方法区
PC寄存器（程序计数器）：用于记录当前线程运行时的位置，每一个线程都有一个独立的程序计数器，线程的阻塞、恢复、挂起等一系列操作都需要程序计数器的参与，因此必须是线程私有的。
堆：java堆被所有线程共享，堆的主要作用就是存储对象。如果堆空间不够，但扩展时又不能申请到足够的内存时，则抛出OutOfMemoryError异常。
虚拟机栈：在创建线程时创建的，用来存储栈帧，因此也是线程私有的。java程序中的方法在执行时，会创建一个栈帧，用于存储方法运行时的临时数据和中间结果，包括局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。这些栈帧就存储在栈中。如果栈深度大于虚拟机允许的最大深度，则抛出StackOverflowError异常。
OutOfMemoryError StackOverflowError
java堆 java栈
内存空间不够了（需要及时释放内存） 栈深度超过范围了（比如：递归层数太多了）
本地方法栈：本地方法栈的主要作用就是支持native方法，比如在java中调用C/C++
方法区：方发区被各个线程共享，用于存储静态变量、运行时常量池等信息。
内存区域调节参数
Xms：初始堆大小，默认为物理内存的1/64(<1GB)；默认(MinHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制
Xmx：最大堆大小，默认(MaxHeapFreeRatio参数可以调整)空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到 -Xms的最小限制
Xmn：新生代的内存空间大小，注意：此处的大小是（eden+ 2 survivor space)。与jmap -heap中显示的New gen是不同的。整个堆大小=新生代大小 + 老生代大小 + 永久代大小。 在保证堆大小不变的情况下，增大新生代后,将会减小老生代大小。此值对系统性能影响较大,Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。
XX:SurvivorRatio：新生代中Eden区域与Survivor区域的容量比值，默认值为8。两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:8,一个Survivor区占整个年轻代的1/10。
Xss：每个线程的堆栈大小。JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M,以前每个线程堆栈大小为256K。应根据应用的线程所需内存大小进行适当调整。在相同物理内存下,减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验值在3000~5000左右。一般小的应用， 如果栈不是很深， 应该是128k够用的，大的应用建议使用256k。这个选项对性能影响比较大，需要严格的测试。和threadstacksize选项解释很类似,官方文档似乎没有解释,在论坛中有这样一句话:”-Xss is translated in a VM flag named ThreadStackSize”一般设置这个值就可以了。
XX:PermSize：设置永久代(perm gen)初始值。默认值为物理内存的1/64。
XX:MaxPermSize：设置持久代最大值。物理内存的1/4。
三、GC回收机制
哪些内存需要回收
什么时候回收
怎么回收
1、哪些内存需要回收
java堆、方法区的内存
线程私有 线程共享
程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈 java堆、方法区
随线程生而生，随线程去而去。线程分配多少内存都是有数的，当线程销毁时，内存就被释放了 堆和方法区的内存都是动态分配的（使用new关键字），所以也需要动态回收。这部分内存的回收依赖GC完成
2、什么时候回收
引用计数法
可达性分析
(1)引用计数法
给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器加一。反之每当一个引用失效时，计数器减一。当计数器为0时，则表示对象不被引用。
举个例子：
Object a = new Object(); // a的引用计数为1
a = null; // a的引用计数为0，等待GC回收
(2)可达性分析
设立若干根对象（GC Root），每个对象都是一个子节点，当一个对象找不到根时，就认为该对象不可达。
java中，可以作为GC Roots的对象包括：
java虚拟机栈中引用的对象
方法区中静态变量引用的对象
方法区中常量引用的对象
本地方法栈中引用的对象
3、怎么回收
标记–清除算法
复制算法
分代算法
(1)标记——清除算法
遍历所有的GC Root，分别标记处可达的对象和不可达的对象，然后将不可达的对象回收。
缺点是：效率低、回收得到的空间不连续
(2)复制算法
将内存分为两块，每次只使用一块。当这一块内存满了，就将还存活的对象复制到另一块上，并且严格按照内存地址排列，然后把已使用的那块内存统一回收。
优点是：能够得到连续的内存空间
缺点是：浪费了一半内存
(3)分代算法
在java中，把内存中的对象按生命长短分为：
新生代：活不了多久就go die 了，比如局部变量
老年代：老不死的，活的久但也会go die，比如一些生命周期长的对象
永久代：千年王八万年龟，不死，比如加载的class信息
有一点需要注意：新生代和老年代存储在java虚拟机堆上 ；永久代存储在方法区上
回收方法
新生代 使用复制算法
老年代 使用标记——清除算法
永久代（JDK8被删）
java finalize()方法：在被GC回收前，可以做一些操作，比如释放资源。有点像析构函数，但是一个对象只能调用一次finalize()方法。
