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类初始化、类加载、垃圾回收---JVM

news 来源：原创 2025/8/28 14:44:23

创建对象过程

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类加载

一个类从被加载到虚拟机内存中开始，到从内存中卸载，整个生命周期需要经过七个阶段：加载 、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载。

类加载过程分为三个主要步骤：加载、链接、初始化
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  • 加载：通过类的全限定名（包名 + 类名），获取到该类的.class文件的二进制字节流，将二进制字节流所代表的静态存储结构，转化为方法区运行时的数据结构（包括运行时常量池），在内存中生成一个代表该类的 Java.lang.Class 对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。Class 对象通过指针直接关联运行时常量池，例如：Class.getConstantPool() 可获取常量池。
  • 连接：验证、准备、解析 3 个阶段统称为连接。
    • 验证：检查类文件格式是否符合 JVM 规范
    • 准备：为类的静态变量分配内存并设置默认值。
    • 解析：将符号引用替换为直接引用。
  • 初始化：执行类的构造器方法（() ），要注意的是这里的构造器方法()并不是开发者写的，而是编译器自动生成的。
  • 使用：使用类或者创建对象
  • 卸载：如果有下面的情况，类就会被卸载：1. 该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类的任何实例。2. 加载该类的ClassLoader已经被回收。 3. 类对应的Java.lang.Class对象没有任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

双亲委派机制

双亲委派模型要求类加载器在加载类时，先委托父加载器尝试加载，只有父加载器无法加载时，子加载器才会加载。
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①、避免类的重复加载：父加载器加载的类，子加载器无需重复加载。

②、保证核心类库的安全性：如 java.lang.* 只能由 Bootstrap ClassLoader 加载，防止被篡改。

垃圾回收

什么时候触发？

  • 内存不足时：当JVM检测到堆内存不足，无法为新的对象分配内存时，会自动触发垃圾回收。
  • 手动请求：虽然垃圾回收是自动的，开发者可以通过调用 System.gc() 或 Runtime.getRuntime().gc() 建议 JVM 进行垃圾回收。不过这只是一个建议，并不能保证立即执行。
  • JVM参数：启动 Java 应用时可以通过 JVM 参数来调整垃圾回收的行为，比如：-Xmx（最大堆大小）、-Xms（初始堆大小）等。
  • 对象数量或内存使用达到阈值：垃圾收集器内部实现了一些策略，以监控对象的创建和内存使用，达到某个阈值时触发垃圾回收。

怎么判定哪些是垃圾？

两种主流的垃圾回收算法：引用计数法和可达性分析算法。

引用计数法

  • 原理：为每个对象分配一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器加1；当引用失效时，计数器减1。当计数器为0时，表示对象不再被任何变量引用，可以被回收。
  • 缺点：不能解决循环引用的问题，即两个对象相互引用，但不再被其他任何对象引用，这时引用计数器不会为0，导致对象无法被回收。

可达性分析算法

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垃圾收集算法

标记清除算法

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标记-清除算法有两个缺陷，一个是 效率问题，标记和清除的过程效率都不高，另外一个就是，清除结束后会造成大量的 碎片空间。

标记复制算法

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缺点是 浪费了一半的内存空间。

标记整理算法

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缺点是 移动对象的成本比较高。

分代回收算法

​垃圾回收算法本身不区分代，但 JVM 会根据不同代的特点选择合适的算法。新生代用复制算法，因为大部分对象生命周期短。老年代用标记-整理算法，因为对象存活率较高。
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Minor GC、Major GC、Mixed GC、Full GC 都是什么意思？

  • Minor GC 也称为 Young GC，是指发生在年轻代的垃圾收集。年轻代包含 Eden 区以及两个 Survivor 区。
  • Major GC 也称为 Old GC，主要指的是发生在老年代的垃圾收集。是 CMS 的特有行为。
  • Mixed GC 是 G1 垃圾收集器特有的一种 GC 类型，它在一次 GC 中同时清理年轻代和部分老年代。
  • Full GC 是最彻底的垃圾收集，涉及整个 Java 堆和方法区。它是最耗时的 GC，通常在 JVM 压力很大时发生。

G1回收器

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G1 ​仍然区分新生代和老年代，只是不再固定划分内存区域，而是 ​动态调整 Region 的分代角色。这种区域化管理使得 G1 可以更灵活地进行垃圾收集，只回收部分区域而不是整个新生代或老年代。

G1 收集器的运行过程大致可划分为这几个步骤：

  1. 并发标记，G1 通过并发标记的方式找出堆中的垃圾对象。并发标记阶段与应用线程同时执行，不会导致应用线程暂停。

  2. 混合收集，在并发标记完成后，G1 会计算出哪些区域的回收价值最高（也就是包含最多垃圾的区域），然后优先回收这些区域。这种回收方式包括了部分新生代区域和老年代区域。
    选择回收成本低而收益高的区域进行回收，可以提高回收效率和减少停顿时间。

  3. 可预测的停顿，G1 在垃圾回收期间仍然需要「Stop the World」。不过，G1 在停顿时间上添加了预测机制，用户可以 JVM 启动时指定期望停顿时间，G1 会尽可能地在这个时间内完成垃圾回收。

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