類文件的結(jié)構(gòu)

一比勉、魔數(shù)（Magic Number）

每個(gè) Class 文件的頭 4 個(gè)字節(jié)稱為魔數(shù)（Magic Number）,它的唯一作用是確定這個(gè)文件是否為一個(gè)能被虛擬機(jī)接收的 Class 文件劳较。

二、Class 文件版本號(hào)（Minor&Major Version）

緊接著魔數(shù)的四個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)的是 Class 文件的版本號(hào)：前兩個(gè)字節(jié)是次版本號(hào)浩聋，后兩個(gè)字節(jié)是主版本號(hào)观蜗。

每當(dāng) Java 發(fā)布大版本（比如 Java 7，Java8）的時(shí)候衣洁，主版本號(hào)都會(huì)加 1墓捻。

高版本的 Java 虛擬機(jī)可以執(zhí)行低版本編譯器生成的 Class 文件，但是低版本的 Java 虛擬機(jī)不能執(zhí)行高版本編譯器生成的 Class 文件坊夫。

三砖第、常量池（Constant Pool）

緊接著主次版本號(hào)之后的是常量池，常量池的數(shù)量是兩個(gè)字節(jié)的 constant_pool_count-1（常量池計(jì)數(shù)器是從 1 開始計(jì)數(shù)的环凿，第 0 項(xiàng)常量有特殊考慮梧兼，當(dāng)值為 0 代表“不引用任何一個(gè)常量池項(xiàng)”）。

常量池主要存放：字面量和符號(hào)引用智听，字面量是比如字符串羽杰、final常量。

符號(hào)引用包含三類：

• 類和接口的全限定名到推。
• 字段的名稱和描述。
• 方法的名稱和描述莉测。

常量池中的每一項(xiàng)都是一個(gè)表捣卤，這個(gè)表的第一位都是用來(lái)標(biāo)識(shí)常量類型的腌零。

四、訪問(wèn)標(biāo)識(shí)(Access Flags)

標(biāo)識(shí)類或接口的層次的訪問(wèn)信息，包括這個(gè)Class是類還是接口闲询，是否為public或者abstract類型，如果是類的話阎姥，是否被申明為final等呼巴。

五御蒲、當(dāng)前類（This Class）厚满、父類（Super Class）、接口（Interfaces）索引集合

u2             this_class;//當(dāng)前類全限定名
u2             super_class;//父類全限定名
u2             interfaces_count;//實(shí)現(xiàn)的接口數(shù)量
u2             interfaces[interfaces_count];//一個(gè)類可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口

六遵馆、字段表集合（Fields）

字段數(shù)量：兩個(gè)字節(jié)描述字段數(shù)量货邓。

字段表：字段表中的項(xiàng)包括訪問(wèn)標(biāo)識(shí)换况、名稱、對(duì)常量池的引用复隆、一些額外的屬性挽拂。

字段表用于描述接口或類中聲明的變量亏栈。字段包括類級(jí)變量以及實(shí)例變量宏赘，但不包括在方法內(nèi)部聲明的局部變量察署。

七、方法集合（Methods）

方法數(shù)量：兩個(gè)字節(jié)標(biāo)識(shí)方法數(shù)量

方法表：方法表與字段表類似休吠，表中項(xiàng)包括訪問(wèn)標(biāo)識(shí)业簿、名稱梅尤、對(duì)常量池的引用巷燥、一些額外的屬性。

八亡脑、屬性表（Attributes）

與字段和方法類似霉咨，Class文件也有自己的屬性表集合途戒。

類加載

類的生命周期僵驰？

• 加載 -> 連接 -> 初始化 -> 使用 -> 卸載

• 連接又分為三步：驗(yàn)證 -> 準(zhǔn)備 -> 解析

一蒜茴、類加載

類加載主要完成三件事：

• 通過(guò)全類名獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流
• 將字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
• 在內(nèi)存中生成一個(gè)代表該類的 Class 對(duì)象粉私，作為方法區(qū)這些數(shù)據(jù)的訪問(wèn)入口

二诺核、驗(yàn)證

• 文件格式驗(yàn)證：如魔數(shù)是否正確，主版本號(hào)是否能被當(dāng)前虛擬機(jī)處理漓摩，常量池的類型是否被支持管毙。
• 元數(shù)據(jù)驗(yàn)證：對(duì)字節(jié)碼描述的信息進(jìn)行語(yǔ)義分析，例如：類是否有父類酥诽，是否繼承了不該被繼承的類等
• 字節(jié)碼驗(yàn)證：通過(guò)數(shù)據(jù)流和控制流分析皱埠，確定程序語(yǔ)義是否合法边器、符合邏輯托修。比如保證任意時(shí)刻操作數(shù)棧和指令代碼序列都能配合工作睦刃。
• 符號(hào)引用驗(yàn)證：確保解析動(dòng)作能正確執(zhí)行。

三际长、準(zhǔn)備

準(zhǔn)備階段正式為類變量分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值工育。注意點(diǎn)：

• 這時(shí)候進(jìn)行內(nèi)存分配的僅包括類變量如绸，即靜態(tài)變量怔接，而不包括實(shí)例變量扼脐。實(shí)例變量會(huì)在對(duì)象實(shí)例化時(shí)隨著對(duì)象一塊分配在 Java 堆中靶端。
• 從概念上講脏榆，類變量所使用的內(nèi)存都應(yīng)當(dāng)在 方法區(qū) 中進(jìn)行分配台谍。JDK 7 之后，HotSpot 已經(jīng)把原本放在永久代的字符串常量池仔役、靜態(tài)變量等移動(dòng)到堆中又兵，這個(gè)時(shí)候類變量則會(huì)隨著 Class 對(duì)象一起存放在 Java 堆中沛厨。
• 里所設(shè)置的初始值"通常情況"下是數(shù)據(jù)類型默認(rèn)的零值（如 0逆皮、0L电谣、null剿牺、false 等）况鸣，只有final才在準(zhǔn)備階段賦值。

四潜索、解析

解析階段是虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用的過(guò)程竹习。解析動(dòng)作主要針對(duì)類或接口整陌、字段、類方法九默、接口方法驼修、方法類型、方法句柄和調(diào)用限定符 7 類符號(hào)引用進(jìn)行幢竹。

五焕毫、初始化

初始化階段是執(zhí)行初始化方法方法的過(guò)程咬荷，是類加載的最后一步，同時(shí)也是對(duì)象創(chuàng)建的第一步唇牧，這一步 JVM 才開始真正執(zhí)行類中定義的 Java 程序代碼(字節(jié)碼)聚唐。

對(duì)于初始化方法的調(diào)用丐重，虛擬機(jī)會(huì)自己確保其在多線程環(huán)境中的安全性。因?yàn)榉椒ㄊ菐фi線程安全杆查，所以在多線程環(huán)境下進(jìn)行類初始化的話可能會(huì)引起多個(gè)進(jìn)程阻塞扮惦，并且這種阻塞很難被發(fā)現(xiàn)。

虛擬機(jī)對(duì)類進(jìn)行初始化的五種情況亲桦？

• 當(dāng)遇到 new 新對(duì)象崖蜜，訪問(wèn)靜態(tài)變量（不是靜態(tài)常量，靜態(tài)常量在常量池中）客峭，給靜態(tài)變量賦值豫领、調(diào)用類的靜態(tài)方法，會(huì)初始化類舔琅。
• 使用 java 反射對(duì)類進(jìn)行反射調(diào)用等恐，比如 newInstance(), Class.forname("...")等郊尝，如果類沒有初始化样傍，會(huì)觸發(fā)類初始化襟锐。
• 初始化一個(gè)類，如果其父類還未初始化，則先觸發(fā)該父類的初始化。
• 當(dāng)虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)，用戶需要定義一個(gè)要執(zhí)行的主類 (包含 main 方法的那個(gè)類)，虛擬機(jī)會(huì)先初始化這個(gè)類。
• MethodHandle 和 VarHandle 可以看作是輕量級(jí)的反射調(diào)用機(jī)制，而要想使用這 2 個(gè)調(diào)用， 就必須先使用 findStaticVarHandle 來(lái)初始化要調(diào)用的類。
• 當(dāng)一個(gè)接口中定義了 JDK8 新加入的默認(rèn)方法時(shí)，如果有這個(gè)接口的實(shí)現(xiàn)類發(fā)生了初始化，那該接口要在其之前被初始化高镐。

六算行、卸載

1. 該類的所有的實(shí)例對(duì)象都已被 GC鲸阔，也就是說(shuō)堆不存在該類的實(shí)例對(duì)象叙身。
2. 該類沒有在其他任何地方被引用（不被反射調(diào)用财忽，class.forname("")）
3. 該類的類加載器的實(shí)例已被 GC

所以隶校，在 JVM 生命周期內(nèi)舞终，由 jvm 自帶的類加載器加載的類是不會(huì)被卸載的。但是由我們自定義的類加載器加載的類是可能被卸載的转捕。

類加載器總結(jié)枢步？

JVM內(nèi)置了三個(gè)重要的類加載器殴穴。

• BootstrapClassLoader(啟動(dòng)類加載器)：最頂層類加載器，由 C++實(shí)現(xiàn)淤堵。負(fù)責(zé)加載 %JAVA_HOME%/lib目錄下的 jar 包和類扎阶，或者被 -Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中的所有類。
• ExtensionClassLoader(擴(kuò)展類加載器) ：主要負(fù)責(zé)加載 %JRE_HOME%/lib/ext 目錄下的 jar 包和類孟害，或被 java.ext.dirs 系統(tǒng)變量所指定的路徑下的 jar 包。
• AppClassLoader(應(yīng)用程序類加載器) ：面向我們用戶的加載器惯雳，負(fù)責(zé)加載當(dāng)前應(yīng)用 classpath 下的所有 jar 包和類捍歪。

類加載的雙親委派模式恩商？

• 自底向上檢查類是否被加載损拢，如果加載過(guò)或舞，直接返回。
• 自頂向下嘗試加載類丑蛤，如果頂層類加載器加載失敗叠聋，才會(huì)由底層類加載器加載。
• 首先檢查用戶自定義類是否加載了此類受裹，然后檢查應(yīng)用程序類加載器碌补，擴(kuò)展類加載器，啟動(dòng)類加載器棉饶。最后依次由上到下嘗試加載厦章。

雙親委派模式的好處？

• 雙親委派模型可以避免類的重復(fù)加載（JVM 區(qū)分不同類的方式不僅僅根據(jù)類名照藻，相同的類文件被不同的類加載器加載產(chǎn)生的是兩個(gè)不同的類）袜啃。

• 也保證了 Java 的核心 API 不被篡改。如果沒有使用雙親委派模型幸缕，而是每個(gè)類加載器加載自己的話就會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題群发，比如我們編寫一個(gè)稱為 java.lang.Object 類的話，那么程序運(yùn)行的時(shí)候发乔，系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)多個(gè)不同的 Object 類熟妓。

如果我們不想用雙親委派模型怎么辦？

繼承ClassLoader類栏尚，重寫 loadClass() 方法起愈。

如何自定義類加載器？

除了 BootstrapClassLoader 其他類加載器均由 Java 實(shí)現(xiàn)且全部繼承自 java.lang.ClassLoader。如果我們要自定義自己的類加載器告材，很明顯需要繼承 ClassLoader坤次，并重寫 findClass() 方法。

jvm常見參數(shù)總結(jié)斥赋？

// 堆內(nèi)存 -Xms<heap size>[unit] 
-Xms2G                              堆初始化內(nèi)存2G
-Xmx5G                              最大內(nèi)存5G

// 新生代內(nèi)存  -XX:NewSize=<young size>[unit] 
-XX:NewSize=256m        新生代最小內(nèi)存256m
-XX:MaxNewSize=1024m  新生代最大內(nèi)存1024m

// 通過(guò)-Xmn<young size>[unit]指定新生代內(nèi)存
-Xmn256m                        新生代最大內(nèi)存和最小內(nèi)存都是256m
  
// 通過(guò) XX:NewRatio=<int> 設(shè)置新生代與老年代的比值
-XX:NewRatio=1              新生代：老年代 的比值為1:1

// 顯示的指定元空間的大小
-XX:MetaspaceSize=N //設(shè)置 Metaspace 的初始（和最小大戌趾铩）
-XX:MaxMetaspaceSize=N //設(shè)置 Metaspace 的最大大小，如果不指定大小的話疤剑，隨著更多類的創(chuàng)建滑绒，虛擬機(jī)會(huì)耗盡所有可用的系統(tǒng)內(nèi)存

 //顯示指定選擇垃圾收集器
 -XX:+UseSerialGC
 -XX:+UseParallelGC
 -XX:+UseParNewGC
 -XX:+UseG1GC
  

JVM 調(diào)優(yōu)

JVM 調(diào)優(yōu)常見工具？

JDK命令行工具：

• jps：
• jstat：
• jmap：
• jhat：
• jhat：

JDK 可視化分析工具：

• JConsole：

• Visual VM：