JavaSE 基础：JVM 内存、类加载与 GC 机制

一、JVM 内存区域划分

JVM（Java 虚拟机）仿照真实操作系统设计，对进程地址空间进行了区域划分。主要包含四个核心区域：

1. 程序计数器：记录当前指令执行地址。
2. 元数据区：保存类加载后的数据（.class 文件），Java 8 前称为方法区。
3. 栈：保存方法调用关系。
4. 堆：保存 new 的对象。例如 Test t = new Test()，new Test() 在堆中，局部变量 t 在栈，成员变量 t 在堆，静态成员变量 t 在元数据区。

二、类加载机制

2.1 类加载的步骤

1. 加载：根据全限定名找到 .class 文件，读取内容到内存。
2. 连接：
   • 验证：校验 .class 文件合法性并转为结构化数据。
   • 准备：为类对象申请内存空间（初始化为 0）。
   • 解析：将字符串常量放入元数据区的常量池中。
3. 初始化：执行类对象的初始化代码。

2.2 双亲委派模型

描述类加载器查找 .class 文件的过程。JVM 默认提供三种类加载器（存在父子关系）：

1. BootstrapClassLoader：负责 Java 标准库。
2. ExtensionClassLoader：负责 Java 扩展库。
3. ApplicationClassLoader：负责第三方库和当前项目。

过程：从 ApplicationClassLoader 开始，依次委托给父亲 ExtensionClassLoader 和 BootstrapClassLoader。若父加载器未找到，则抛回给子加载器尝试；若最终都未找到，抛出异常。

三、垃圾回收机制 (GC)

Java 自动管理堆内存释放。相比 C 语言手动释放，Java 通过 GC 自动识别并回收不再使用的内存。

工作过程

1. 找到垃圾：

   • 引用计数：对象引用数为 0 时视为垃圾。缺陷：消耗内存且无法解决循环引用。
   • 可达性分析：以栈上局部变量、常量池引用、静态成员为起点遍历，未被标记的对象即为垃圾。Java 采用此方案。

2. 释放垃圾：

   • 标记 - 清除：直接释放，产生内存碎片。
   • 复制算法：内存一分为二，存活对象复制到另一半，原址释放。缺点：利用率低。
   • 标记 - 整理：存活对象向前移动，尾部释放。缺点：搬运成本高。
   • 分代回收：结合上述策略，区分新生代和老年代。

分代细节