一、走近Java

Java是一门结构严谨、面向对象的编程语言。摆脱了硬件平台的束缚，实现了一次编写，到处运行的理想；提供了一个相对安全的内存管理和访问机制，避免了绝大部分的内存泄漏和指针越界问题；实现了热点代码检测和运行时编译及优化，这使得Java应用能随着运行时间的增加而获得更高的性能。

Java技术体系

Sun官方定义的Java技术体系包括以下几个组成部分

1.Java程序设计语言

2.各种硬件平台上的Java虚拟机

3.Java API类库

4.Class文件格式

5.各商业机构和开源社区的第三方Java类库

Java程序设计语言、Java虚拟机、Java API类库这三部分统称为JDK，JDK是用于支持Java程序开发的最小环境。

Java虚拟机、Java SE API子集这两部分统称为JRE，JRE是支持Java程序运行的标准环境。

Java虚拟机发展史

1.Sun Classic

Sun Classic VM是世界上第一款商用Java虚拟机，已停用。

2.Sun HotSpot VM

Sun JDK和OpenJDK自带的虚拟机，也是目前使用范围最广的Java虚拟机。

3.BEA JRockit/IBM J9 VM

除了Sun公司以外，其它组织、公司也研发过不少虚拟机实现，其中规模最大、最著名的就是BEA和IBM公司。

4.Azul VM/BEA Liquid VM

5.Apache Harmony/Google Android Dalvik VM

6.Microsoft JVM

二、Java内存区域划分

1.堆内存

堆内存用于存放对象实例，在虚拟机启动时创建，被所有线程共享，是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。堆内存是垃圾收集器管理的主要区域，由于现在收集器基本都是采用的分代收集计算法，所以堆内存中可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。

2.栈内存

栈内存用于存放局部变量(基本数据类型和对象引用)、操作栈、方法返回等信息。线程私有，生命周期和线程一致。每个方法被执行时，虚拟机都会在栈内存中创建一个栈帧(Stack Frame)，每个方法从被调用到执行完毕，就对应着一个栈帧在虚拟机中从入栈到出栈的过程。

3.本地方法栈

本地方法栈与栈内存的作用非常相似，区别在于本地方法栈只为native方法服务。

4.方法区

方法区是多个线程共享的内存区域，用于存放类信息、常量、静态变量、编译后的代码数据。（运行时常量池是方法区的一部分）。

5.程序计数器

程序计数器是一块较小的内存区域，用于引导字节码解析顺序（如分支、循环、跳转、异常处理）。线程私有，各线程之间的计数器互不影响，独立存储。

三、垃圾收集器与内存分配策略

垃圾收集（Garbage Collection，GC）

栈内存、本地方法栈、程序计数器的生命周期和线程一致，当方法结束或线程结束时，内存就回收了。而堆内存和方法区则不一样，一个方法中多个分支需要的内存可能不一样，只有在程序处于运行期间才知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收都是动态的，垃圾收集器所关注的就是这部分内存。

垃圾收集算法

1.标记-清除算法

2.复制算法

3.标记-整理算法

4.分代回收算法

垃圾收集器

1.Serial收集器

2.ParNew收集器

3.Parallel Scavenge收集器

4.Serial Old收集器

5.Parallel Old收集器

6.CMS收集器

7.G1收集器

四、虚拟机性能监控与故障处理工具

1.jdk的命令行工具

jps 显示虚拟机的进程状况

jstat 显示虚拟机中各种运行状态信息，如类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等

jinfo 显示虚拟机的配置信息

jmap 用于生成堆转储快照（一般称为heapdump或dump文件）

jhat 与jmap搭配使用，来分析jmap生成的堆转储快照

jstack 用于生成当前线程正在执行的方法中堆栈的集合

2.jdk的可视化工具

2.1.JConsole：Java监视与管理控制台

2.2.VisualVM：多合一故障处理工具

五、调优案例分析

六、类文件结构

计算机只认识0和1，所以我们写的程序需要经编译器翻译成由0和1构成的二进制格式才能由计算机执行。

七、虚拟机类加载机制

虚拟机把class文件加载到内存，并对数据进行验证、准备、解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。

类的生命周期：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载。

加载、验证、准备、初始化和卸载这5个阶段的顺序是确定的，而解析阶段则不一定，它在某些特定情况下可以在初始化之后再开始。

类加载的过程

类加载的过程包括加载、验证、准备、解析和初始化5个阶段。

1.加载

加载阶段，虚拟机需要完成3件事：

a.通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。

b.将这个字节流代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。

c.在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据访问入口。

2.验证

验证的目的是为了确保Class文件中字节流包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机的自身安全。

3.准备

准备阶段会在方法区给类变量分配内存并设置初始值，其中类变量的初始值为0，常量的初始值为程序设定的值。实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。

4.解析

解析阶段是虚拟机将常量池中的类、方法、属性替换为可直接引用的过程。

5.初始化

初始化类变量，执行构造器。

虚拟机规范规定了5种情况必须立即对类进行初始化(而加载、验证、准备自然在此之前执行)

1.new操作。

2.反射。

3.当初始化一个类时，如果该类的父类没有进行初始化，则先触发父类的初始化。

4.当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类(包含main方法的那个类)。

5.JDK1.7，java.lang.invoke.MethodHandle。

类与类加载器

类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但它在Java程序中起到的作用却远远不限于类加载阶段。对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性。比较两个类是否相等，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义。