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java虚拟机2

article 2025/9/10 7:19:41

一、垃圾回收机制（GC）

1. 回收区域：GC主要回收堆内存区域。堆用于存放new出来的对象。程序计数器、元数据区和栈一般不是GC回收的重点区域。

2. 回收单位：GC以对象为单位回收内存，而非字节。按对象维度回收更简便，若按字节维度则需详细描述对象各部分是否回收，较为复杂。

3. 对象存活判定 - 可达性分析：Java通过可达性分析判定对象是否可被回收。从GC roots（如栈上的局部变量、常量池里指向的对象、元数据区的静态成员等）开始扫描，能被访问到的对象标记为可达，不可达的对象则可被回收。如在构建二叉树的代码示例中，通过改变引用关系可使某些对象变得不可达从而可被回收。

4. 回收算法

- 标记 - 清除：先标记可回收对象，再直接释放其内存。优点是简单直接，缺点是会产生内存碎片。

- 复制：将存活对象复制到另一块空间，然后释放原空间。可解决内存碎片问题，但存在内存浪费，且复制开销大，尤其在存活对象多的情况下。

- 标记 - 整理：先标记可回收对象，然后将存活对象向一端移动，再释放边界外的内存。能解决内存碎片问题，也避免复制算法的内存浪费，但搬运对象成本较高。

- 分代回收：将堆空间分为新生代和老年代。新生代对象生命周期短，多采用复制算法，新创建对象放伊甸区，经过GC存活的对象进入幸存区，多次GC后仍存活的对象进入老年代。老年代对象生命周期长，采用标记 - 清除或标记 - 整理算法。涉及minor GC（新生代高频回收）、major GC（老年代低频回收）和Full GC（整堆回收）。

二、类加载机制

1. 类加载流程

- 加载：找到并读取.class文件内容到内存，构建类对象。

- 验证：校验读取内容的合法性。

- 准备：为类对象分配未初始化的内存空间，静态成员赋默认值。

- 解析：初始化常量并加载到内存。

- 初始化：执行类的静态代码块，对静态成员真正初始化。

2. 触发类加载时机：懒汉模式下，类在第一次被使用时触发加载，如构造实例、调用静态方法、使用静态成员等情况。

3. 双亲委派模型

- 类加载器：JVM自带Bootstrap ClassLoader（负责标准库查找）、Extension ClassLoader（负责扩展库查找）、Application ClassLoader（负责第三方库和当前项目查找）。

- 模型过程：类加载时，先由子类加载器将请求委派给父类加载器，父类加载器依次向上查找，直至Bootstrap ClassLoader。若父类加载器未找到类，才由子类加载器尝试加载。如加载java.lang.String类由Bootstrap ClassLoader负责，加载自定义的com.bit.Test类则按层级查找。该模型确保标准库优先加载，也可被打破，程序员可自定义类加载器。

三、相关对比与补充

- 与C/C++内存管理对比：C/C++申请内存需手动释放，易因遗忘释放导致内存泄露。Java等语言引入GC自动管理内存，提高开发效率。C/C++未引入GC是因设计理念注重与C兼容及极致性能，引入GC会增加运行时开销影响性能。

- GC对执行效率影响：触发GC时可能出现stop the world（STW）问题，即暂停其他工作线程，影响程序执行效率。

四、以下是从图片中提取的部分关键代码示例：

// 二叉树构建示例

class Node {

Node left;

Node right;

}

Node build() {

Node a = new Node();

Node b = new Node();

Node c = new Node();

Node d = new Node();

Node e = new Node();

Node f = new Node();

Node g = new Node();

a.left = b;

a.right = c;

b.left = d;

b.right = e;

e.left = g;

c.right = f;

return a;

}

Node root = build();

// 后续可通过改变引用关系使某些对象不可达，如：

// root.right.right = null; 使f不可达

// root.right = null; 使c和f不可达