Java 虚拟机（JVM）基础原理与运行机制

一、JVM 内存区域划分

JVM（Java 虚拟机）借鉴真实操作系统的进程地址空间设计进行了区域划分。

具体划分为四个核心区域：

1. 程序计数器：一个很小的区域，只用来记录当前指令执行到哪个地址。
2. 元数据区：保存当前类被加载好的数据（类对象 .class），Java 8 之前叫方法区。
3. 栈：保存方法的调用关系。
4. 堆：保存 new 的对象。例如代码 Test t = new Test() 中，new Test() 一定在堆中；t 是局部变量则在栈；若 t 是成员变量则在堆；若 t 是静态成员变量则关联于元数据区。

二、类加载机制

2.1 类加载的步骤

类加载主要包含以下步骤：

1. 加载：找到 .class 文件，根据类的全限定名（包名 + 类名），打开文件，读取内容到内存中。
2. 连接：
   • 验证：校验 .class 文件的内容是否合法，并将合法内容转成结构化的数据。
   • 准备：给类对象申请内存空间（此处相当于全 0 的空间）。
   • 解析：针对字符串常量进行初始化，将 .class 文件解析出的字符串常量放到元数据区的常量池中。
3. 初始化：将类对象进行初始化。

2.2 双亲委派模型

双亲委派模型描述了类加载中根据全限定类名查找 .class 文件的过程。

类加载器是 JVM 中专门的模块，负责类加载。JVM 默认提供三种类加载器（存在父子关系）：

1. BootstrapClassLoader：负责查找 Java 标准库的目录。
2. ExtensionClassLoader：负责查找 Java 扩展库的目录。
3. ApplicationClassLoader：负责查找第三方库和当前项目的目录。

加载过程：

• 进行类加载时，通过全限定类名找 .class 文件，先从 ApplicationClassLoader 作为入口，然后把加载任务交给父亲 ExtensionClassLoader，它再交给父亲 BootstrapClassLoader。
• BootstrapClassLoader 查找 Java 标准库范围，找到了就加载，没找到就抛回给儿子 ExtensionClassLoader，同理进行。
• 最后 ApplicationClassLoader 都没找到，就抛出异常。

三、垃圾回收机制 (GC)