Java虚拟机是由一个规范来定义的抽象计算机。

Ÿ   抽象的规范

Ÿ   具体的实现

Ÿ   运行中的虚拟机实例

每个java程序都运行于它自己的虚拟机实例中。

Java虚拟机的结构分为：类装载子系统，运行时数据区，执行引擎，本地方法接口。其中运行时数据区又分为：方法区，堆，Java栈，PC寄存器，本地方法栈。

每个java虚拟机实例都有一个方法区和一个堆，由该虚拟机实例中所有线程所共享，对方法区的访问必须设计成线程安全。

Java程序在运行时创建的所有类实例或数组放与此。每创建一个JVM实例就有一个堆，该实例的所有线程都共享这个堆。

Java对象中包含的基本数据由它所属的类及其所有超类声明的实例变量组成。只要有对对象引用，虚拟机就必须快速定位对象实例的数据。另外，他也必须能通过该对象引用访问相应的类数据（存储于方法区的类型信息）。因此在对象中通常会有一个指向方法区的指针。

一种可能的堆空间设计就是，把堆分为两部分：一个句柄池，一个对象池。一个对象引用就是一个指向句柄池的本地指针。句柄池的每个条目有两部分：一个指向实例变量的指针，一个指向方法区类型数据的指针。这种方法有利碎片整理。但每次访问对象实例变量都得进行两次指针转换。

另一个设计方式是使对象指针直接指向一组数据，而该数据包括对象实例数据以及指向方法区中的类数据指针。因此只需一个指针就可以访问对象的实例数据。当虚拟机为了减少内存碎片而移动对象时，必须在整个运行时数据区中更新指向被移动对象的引用。

每个对象都可以有一个方法表，可以加快调用实例方法时的效率。Java虚拟机规范并不要求必须有。

方法区中存放被装载的类型信息，该类型中的类（静态）变量同样也是存储在方法区中。方法区大小可以在堆中自由分配，方法区可以被垃圾回收。

类型信息包括：

Ÿ   这个类型的全限定名。

Ÿ   这个类型的直接超类的全限定名（除非是java.lang.Object,无超类）

Ÿ   这个类型是类类型还是接口类型。

Ÿ   这个类型的访问修饰符（public,abstract ...)

Ÿ   任何直接超接口的全限定名的有序列表

除了上面列出的基本类型信息外，虚拟机还为每个被装载的类型存储以下信息：

Ÿ   该类型的常量池

Ÿ   字段信息

Ÿ   方法信息

Ÿ   除了常量以外所有类（静态）变量

Ÿ   一个到类ClassLoader的引用

Ÿ   一个到Class类的引用

每创建一个线程，都将有该线程自己的PC寄存器及一个java栈，每个线程只能访问自己的PC寄存器和java栈，该线程如果正在执行一个java方法，则PC寄存器的值是下一条被执行的指令；java栈使用帧为单位保存线程的运行状态。

Java栈存储每个线程中Java方法调用的状态—包括局部变量，被调用时传进来的参数，返回值，运算中间结果。
每当线程调用一个Java方法时，虚拟机都会在该线程的Java栈中压入一个新帧。而这个新帧成为当前帧。在执行这个方法时，它使用这个帧来存储参数、局部变量、中间运算结果等等数据。Java栈不连续，可指定初始大小和最大最小值。

Java方法可以以两种方式完成：正常返回return；通过抛出异常而中止。

Java虚拟机的两种类装载器：启动类装载器和用户自定义类装载器。主要任务有：

Ÿ   装载---查找并装载类型的二进制数据

Ÿ   连接---执行验证，准备，以及解析（可选）

验证：确保被导入类型的正确性

准备：为类变量分配内存，并将其初始化为默认值

解析：把类型中的符号引用换为直接引用

Ÿ   初始化---把类变量初始化为正确的初始值

每个Java虚拟机都必须实现一个启动类装载器。

用户自定义类装载器，尽管用户自定义类装载器是Java程序的一部分，但类ClassLoader中的四个方法是通往Java虚拟机的通道：

protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len);

protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len, ProtectionDomain protectionDomain);

protected final Class<?> findSystemClass(String name);

protected final void resolveClass(Class<?> c);

任何java虚拟机实现都必须把这些方法连到内部的类装载器子系统中。

两个重载的defineClass() 方法，接受一个byte[] b的字节数组作为输入参数，在b[off]到b[off +　len]之间的二进制数据必须符合java class文件格式，class文件即线性二进制数据流。name参数指定类型的全限定名，前一个defineClass将给类型赋以默认的保护域，后一个类型保护域由protectionDomain指定。

findSystemClass()使用系统类装载器装载指定类型。

释放不再被程序使用的对象。检测和回收。

垃圾检测：建立一个根对象的集合，并检测从这些根对象开始的可触及性来实现。任何被根对象引用的对象都是可触及的，任何被活动的对象引用的对象都是可触及的。

引用计数收集器，引用计数无法检测出循环；跟踪收集器，标记并清除。清理对碎块，压缩收集器，设置间接对象引用层(对象句柄表)，只需句柄更新新位置。

拷贝收集器，把所有活动对象移动到新区域。停止并拷贝，需要两倍内存，任何时候只能使用一半。

按代收集的收集器，把对象按照寿命分组，对最年幼的进行最频繁的垃圾收集。

渐进式垃圾收集器，不试图一次性发现并回收所有不可触及的对象，而是每次发现并回收一部分。

火车算法

火车算法执行的时候，或者收集最小数字火车中的最小数字车厢，或者收集整个最小数字火车。

如果整个火车都是垃圾对象，那么整个火车都被收集。否则，收集最小数字车厢。

收集最小数字车厢时，把最小数字车厢内部有被其他车厢引用的对象转移到引用的车厢，如此循环，最后收集整个车厢。

收集最小数字火车时，把最小数字车厢内部有被其他火车引用对象则会转移到引用的火车，如此循环，最后收集整个火车。

火车算法保证大型的循环数据会被完全收集。

记忆集合，指向车厢或火车内对象的所有引用的集合。

终结方法，垃圾收集器在释放对象前必须运行。第二遍扫描，终结方法可能复活了某些不再被引用的对象。根结点不可触及和终结对象不可触及的对象可以立即被释放。

对象可触及性的生命周期

可触及，可复活，不可触及。

SoftReference、WeakReference、PhantomReference 都是 java.lang.ref.Reference 类的子类。强引用与这三种弱引用之间最基本的差别是，强引用禁止引用目标被垃圾收集，而那三种引用不禁止。

Ÿ   强可触及 对象可以从根节点不通过任何引用对象搜索到。

Ÿ   软可触及 垃圾收集器可能回收软可触及的对象所占据的内存。如果这发生了，它会清除所有到此软可触及对象的软引用。当垃圾收集器清除一个和引用队列有关联的软引用对象时，它把该软引用对象加入队列。

Ÿ   弱可触及 垃圾收集器必须归还弱可触及对象所占据的内存。这发生的时候，它会清除所有到此弱可触及对象的弱引用。当垃圾收集器清除一个和引用队列有关联的的弱引用对象时，它把该弱引用对象加入队列。

Ÿ   可复活的 对象既不是强可触及、软可触及，也不是弱可触及，但是仍然可能通过执行某些终结方法复活到这几种状态之一。

Ÿ   影子可触及 一旦某个被影子引用的对象变成影子可触及状态，垃圾收集器立即把该引用对象加人队列。垃圾收集器从不会清除一个影子引用，所有的影子引用都必须由程序明确地清除。

弱引用与软引用的区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。

Java体系结构介绍

Java体系结构包括：

Ÿ   Java语言

Ÿ   Java虚拟机

Ÿ   Java API

Ÿ   Java class文件

Java虚拟机的主要任务是装载class文件并执行其中的字节码。Java虚拟机和java API一起组成java平台。

Java方法和本地方法，java方法是平台无关的，而本地方法不是。本地方法保存在动态链接库中，格式为各平台专有的。通过本地方法，java程序可以直接访问底层操作系统资源。Java本地接口JNI，使得本地方法在特定主机系统的java平台上实现。

类装载器体系结构

当被装载的类引用另一个类，虚拟机就会使用装载第一个类的类装载器装载被引用的类，所以被装载的类默认情况下只能看到被同一类装载器装载的类。Java程序的每个类装载器都有自己的命名空间。从不同源文件装载的类可以被分隔在不同的命名空间中，这样就可以控制任何从不同源文件中装载的代码之间的相互影响，特别是能够阻止恶意代码获取访问和破坏代码的权限。

Java class文件

Java class文件为java程序提供独立于底层平台的二进制文件，可以运行在任何支持java虚拟机的平台上。Java编译器把java源文件指令翻译成字节码，即java虚拟机的“机器语言”。

Java API

每个主机平台都明确实现了java虚拟机和java API，所以java程序就具有了平台无关性的特点。Java API class文件为底层主机提供了具有平台无关性的，标准接口的java程序。

Java语言

自动垃圾回收，不再使用的对象未被释放导致内存泄漏，多次释放同一个对象导致内存冲突。Java运行时强制执行严格的类型规则，不可能直接管理内存而导致内存错误。