故事：走進JVM的世界（圖文並茂）
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- 說明：本文在 Java 8 Hotspot 64位作業系統下構思
小強是一個工作3年有餘的開發工程師，從他的髮量你就可以知道，小強資歷還尚淺。
最近公司沒什麼事，他也開始無聊起來了。這天下午，同事們在激烈的討論這業務，但他沒有參與，於是他決定學習些什麼知識，無聊的翻著各個網頁，發現JVM是各位大神們推薦過的知識，於是決定好好看一看。
5分鐘過後……
小強感到這知識有些枯燥乏味，怪不得是大神們能看的！又看了幾分鐘，小強倦意襲來，揉了揉睡眼惺忪的眼睛。
然而就在這一刻，他突然發現周圍同事激烈討論的聲音聽不到了，安靜到了極致。
1. 入界
小強努力的睜開眼睛，才發現自己竟然身處一個白茫茫的空間中，嚇得一跳，心想我這是怎麼了，穿越了？但穿越也得穿越到一個人間如畫，美女如雲的地方啊……，這境地……
突然前方走來一個白鬍子老頭，小強正想開口，老頭捷足先登：你好，我是這個JVM世界的締造者，你可以叫我 “HotSpot”，不過這無所謂，因為我所創造的這個世界，是按照 “JVM規範” 來完成的。我正在休息時，發現來了一位客人，原來是你。
小強：我是想問……
老頭： 不用問，我知道，你是想了解一下我創造的這個世界吧！跟我來吧。
這老頭，我還沒說話，這就結束了！好吧，跟你看看且說。
老頭邊走邊道：JVM 的世界 空間是有限的，我們堅持一個原則 : 各司其職，不留無用之人！
小強： 啊！好殘酷。
老頭： 不，這不是殘酷，我們這個世界生來就是為客戶提供服務，為客戶發光發熱的，每個人奉獻出了自己的能力就是圓滿完成任務，退出舞臺是理所應當的，也是他們最好的歸宿。
小強：也是，我學的程式設計就是這個道理啊，我怎麼這麼不開竅呢……
2. 佈局
過來，帶你先看看我們世界的整體組成和中心區如何佈局。
先來看看我們最主要的日常工作區(執行時資料區)，為了讓我們工作起來更有效率，我們將世界空間劃分為這幾個板塊。
居住區-堆
這裡是人們工作外的居住區，居住區我們基於人們的年齡也進一步分出了，伊甸區，倖存者區，老年區。
工作區-棧
每個任務來臨時，都會在工作區單獨開闢出一個地方來用於完成這個任務。
記錄者-程式計數器
由於我們同時能做的任務有限，所以我們需要為不同的任務劃分出不同的時間片，我們在切換任務的時候，需要一個記錄者，能夠記錄我們這個任務做到了哪裡，下次回來能夠繼續做。
倉庫管理區-方法區
這裡存放著工人的模板以及常用的不變的工具等。
3. 生與死
這裡工作的人們都會經歷生與死，大部分人們活不到老年，但這不重要，重要的是他為我們做出了貢獻。
3.1 出生
老頭：這裡的每個人都有一個模板(類)，看到那個正在居住區休息的高個嗎？他叫張三，他是根據外部客戶給定的模板 “ User Class” 創造的，他可是客戶最喜愛的工人了。你知道客戶的這些模板(類)是如何進入的到我們的世界中的嗎？
小強：這個我知道點，之前看過一點點。這個過程還是有些複雜的，客戶的模板(類)是通過一個翻譯工廠（編譯器) 將它翻譯成class 位元組碼，因為你們這個世界只認識位元組碼，然後有你們的載入系統將它們載入到這裡。
載入過程中有這些階段：
其中載入階段是由載入器來完成的。
老頭：是的，我們提供了三種工廠，啟動類載入器，擴充套件類載入器，應用類載入器，當然客戶也可以自定義載入器。
小強：他們遵循著雙親委派模型，但是我一直不太理解這個詞！
老頭： 這是由於你們語言翻譯的問題導致，這個模式叫 “parents delegation”，知道了吧！它是指有你的父輩們來幫你完成。
小強：那雙親委派模式 有什麼好處呢？
老頭：
- 具有優先順序層次的關係可以避免模板(類)的重複載入
- 安全考慮可以防止Java核心api被替換
老頭繼續道：那連線過程中的三步，你知道是做什麼嗎？
小強：具體的我就不知道了哎……
老頭笑了笑：對於客戶定義的模板(類)，我們可不是來者不拒的，為了我們這個世界的安全以及能提供更好的服務，我們會對模板做一些驗證及後續操作。
驗證包括格式驗證，元資料驗證，位元組碼驗證，符號驗證。當驗證通過後，我們會為模板所依賴的東西（類變數）分配空間，最後將符號引用替換為直接引用。
老頭看了看小強眉頭緊皺，於是繼續補充：你可能不瞭解什麼是符號引用和直接引用！
符號引用就是在編譯時，並不知道模板(類)所依賴的其他東西，會在我們的空間中的哪個位置，只能用符號來表示。
直接引用就是 所有東西被載入到這裡後會有自己的真實空間地址，然後去替換符號引用。這樣執行時就能找到它們所依賴的東西了。
最後就是初始化了，這個階段主要是對類變數初始化，是執行類構造器的過程。
小強：我怎麼沒看到這些模板呢？
老頭：這些模板我把他們隱藏在世界的後方，大多數人是見不到的，他們統稱為 Klass。
小強：不對啊！你是不是搞錯了？不應該叫 Class嗎？
老頭：哈哈！我剛才說了，大多數人見不到，你就是其中之一啊！你們平時見到的 Class只是對 Klass的一種封裝而已，真正記錄模板中的具體元資訊的就是 Klass。這回要記住了，年輕人。
3.2 工人
小強： 為什麼你的工人是等量差的身高呢？
老頭：你的觀察還是挺仔細的嘛！是的，他們確實是等量差的，想要知道為什麼，要先了解這些工人有哪些部分組成。
它們頭部大小是固定的，身體大小是由自己的屬性資料決定的，而最後的腳部卻是我來決定的，如果前面兩個資料的大小沒有達到 8 的倍數，那麼我就會來填充，所以就是這裡的填充使得他們擁有了等量的身高差（記憶體對齊）。
我是基於兩點原因來這個締造他們的：
- 平臺原因：不是所有的硬體平臺都能訪問任意地址上的任意資料的；某些硬體平臺只能在某些地址處取某些特定型別的資料，否則丟擲硬體異常。
- 效能原因：中央大腦(CPU)訪問記憶體是有記憶體訪問粒度的，就是每次訪問記憶體的長度是固定的，如果不這樣做，那麼中央大腦起需要訪問兩次記憶體，而對齊後只需要一次。
小強：嗯，明白了！那能給我說說這些工人在居住區為什麼要不斷的搬遷呢？
3.3 成長
老頭：經過長時間的觀察，我發現每個工人的生命長短是不一樣的。所以我把居住區分為新生代，老年代，然後讓他們合理的搬遷，這樣能有效的利用空間而且讓垃圾小分隊工作更有效率。
工人誕生後會分配到Eden區，當Eden區人員快滿時，垃圾小分隊會來清掃，清掃後如果工人還活著，那麼他們將搬遷至Survivor區中的其中一個，當這個Survivor快滿時，垃圾小分隊會將還活著的工人搬遷至另一個Survivor區中，就這樣重複著，每經歷一次垃圾小分隊的清掃，活著的工人就會長大一歲，直到工人的年齡達到15歲，到達後會將他們搬遷至老年代生活的地方。但也有例外，如果某個工人吃的太胖，新生代容不下他，那麼他將直接去老年代住下。當老年代快住滿時，將會有垃圾大掃除(full gc)。
小強：原來如此啊！從此我再也不是隻知道堆區棧區的菜鳥啦！哈哈哈哈……
老頭：小夥子，不要高興太早！你到目前為止所瞭解的仍是九牛一毛。
3.4 死亡證明
小強：如何確定工人是否到達生命的盡頭呢？
第一種：引用計數法
給每個工人新增一個引用計數器，就是隻要有人需要這個工人幫忙，那麼就給這個工人的計數加1，反之，別人不再需要這個工人的幫忙，那麼計數就減1，直到這個計數為0，那麼表示這個工人生命到了盡頭。
但這種方法有個問題：如果A工人和B工人相互需要幫忙，但沒有任何其他工人或任務需要他們兩個，那麼他們兩個會永遠活下！所以這種方法我們不會採取的。
第二種：可達性分析法
我們找出被稱為 “GC roots”的工人作為起點，依次尋找他們工作中依賴的工人，這就可以知道哪些工人是沒有必要在存在下去了。
小強：我怎麼知道哪些是 “GC roots”工人呢？
老頭：
- 工作區（棧）中的需要用到的工人
- 倉庫（方法區）中模板（類）本身需要的工人（靜態，常量）
- 世界後方（native方法）需要的工人
小強：Got it!
4. 回收
老頭：下面我帶你去認識一下垃圾小分隊的人物吧！不過在認識他們之前你最好了解一下，垃圾清除的基本方法論。
4.1 基本方法論
收集垃圾遵循的基本方法論有以下幾種：
標記-清除
首先標記出所有需要回收的工人(物件)，在標記完成後統一回收所有被標記的工人。
但這個有兩個缺點：1. 效率不高 2. 會產生許多碎片空間
複製
將可用的空間一分為二，每次只使用其中一塊，當快使用完時，小分隊回收，然後將活著的工人搬遷至另一塊。
這雖然解決了標記-清除的效率問題，但此種方法卻縮小了一半空間。
標記-整理
首先標記出所有需要回收的工人(物件)，然後將存活的工人移動到空間的一端，然後清理掉邊界以外的工人。
小強笑了笑：原來是這三種演算法啊！我知道！
老頭：既然知道，那跟我來認識一下垃圾清掃隊的人吧！
4.2 主要成員
垃圾清掃隊有好幾個小隊組成，客戶喜歡哪個小隊可以指定讓誰來工作，他們各個隊伍的清掃方式各不相同也各有優劣。
我給你介紹一下兩個主要成員吧，CMS，G1兩個小隊出列。
CMS：到，我們是CMS分隊，全稱叫 “Concurrent Mark Sweep”，顧名思義，我們是採用標記清除演算法的併發小分隊，我們以獲取最短回收停頓時間為目標。
小強：那你說說你們是如何工作的？
CMS：我們主要分四個步驟工作，1. 初始標記 2.併發標記 3.重新標記 4.併發清除
小強：算啦，這麼多步驟太需要時間來了解了，我現在知道你的優點了，那你的缺點有什麼呢？
CMS：這怎麼還帶揭人傷疤的……
老頭這時嚴肅的咳嗽了兩聲，其意CMS立馬捕獲到了，委屈的說：
我有三個缺點：
- 當資源不是很充足時，佔用過多的資源，導致任務變慢
- 無法處理浮動垃圾，我們清理的時候，工人同時也在工作，我們標記後，正好有些工人不在需要了
- 我們分隊遵循的是“標記-清除”演算法，所以會產生大量碎片空間，導致世界大掃除(full gc)提前到來
心直口快的小強來了句：原來你的問題這麼嚴重，老頭竟然沒把你們小分隊辭掉……
CMS：你…… 想當年我們分隊可是紅極一時的……
那麼我猜G1是不是可以彌補CMS的不足呢？
G1: 說實話，我們分隊的目標就是替換CMS分隊…… （JDK14 CMS正式落下帷幕）
小強不懷好意的笑了起來，哈哈……，CMS翻著白眼躲到一旁的角落暗自傷感去了。
小強：那G1說說你的能耐吧！
G1: 我們隊是基於標記整理演算法的，因此不會產生大量碎片空間
我們同時引入了分割槽的思路，弱化了分代的概念
我們的停頓時間是可控的，可避免雪崩現象
我們也能充分利用客戶給我們的資源，減少停頓時間
這是我們隊的優勢，接下來我給你詳細介紹下我們隊的情況……
小強：好的！你繼續……
迴歸
就在小強聽的興趣濃濃時，天空中突然出現一隻巨大無比的手向他襲來，小強躲閃不開，啊……
小強捂著自己的頭，有點恍惚，抬頭一看，擦，技術總監……你怎麼也在這？
總監：我不在這我在哪？在家睡大覺嗎！
這時小強才回過神來，原來自己還在辦公室，大事不妙啊！
總監：小強，回家多爽，明天就不用來了吧！
小強一慌，腦袋靈機一動：總監，知道我剛才在做什麼嗎？那可不是在睡覺，我有一個故事你且聽聽再做決定。
吧啦吧啦……
最後我將本文知識總結成了思維導圖：
