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1. Java 内存区域与内存溢出异常

Java虚拟机（JVM）管理内存划分为几个关键区域，每个区域都有其特定的用途和特点。了解这些区域有助于我们更好地理解内存管理和内存溢出异常的处理机制。

1.1 运行时数据区域

根据《Java虚拟机规范(Java SE 7版)》，JVM的内存布局主要包括以下几个部分：

1.2 HotSpot虚拟机对象探秘

1.2.1 对象的创建

• 对象的创建涉及到类加载、内存分配和初始化等步骤。
• new指令时，虚拟机会检查参数是否可以在常量池中定位到符号引用。
• 如果符号引用对应的类已经加载、解析和初始化，则分配内存，划分 Pointer Collision（指针碰撞）或 Empty List（空闲列表）进行内存分配。
• 处理线程私有分配缓冲区（Thread Local Allocation Buffer - TLAB）以避免并发内存分配问题。
• 对象初始化后填充对象头，记录类元数据、哈希码、GC老化年龄等信息。

1.2.2 对象的内存布局

• HotSpot虚拟机中的对象布局分为三个部分：
• 对象头（Header）：
  • 包含Mark Word存储运行时数据（如哈希码、GC年龄、锁状态等）。
  • 类指针（Pointer）指向对象所属的类。
  • 对于数组对象，额外存储数组长度。
• 实例数据（Instance Data）：存储类定义的字段，如基本类型变量和对象引用。
• 对齐填充（Padding）：确保对象大小是8字节的整数倍。

1.2.3 对象的访问定位

• 可通过句柄访问或直接指针访问 objects。
• 句柄访问：reference存储句柄地址，GC时只需更新指针即可保持稳定性。
• 直接指针访问：reference直接存储对象地址，访问速度更快。
• 适用于不同GC策略和对象生存状态，需根据场景选择。

1.3 实战内容

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2. 垃圾回收器与内存分配策略

2.1 概述

• 垃圾回收器主要负责老年代和新生代的内存管理。
• 新生代垃圾回收频繁，效率较高；老年代垃圾回收效率较低，但存活率高。
• 垃圾回收的核心任务是判断对象的存活状态，并进行不必要对象的垃圾回收。

2.2 对象是否存活

• 引用计数法：维护对象的引用次数，但无法处理循环引用。
• 可达性分析法：基于GC Roots（如栈中的引用、类静态属性、常量引用等）进行分析。
• 引用类型：包括强引用、弱引用、软引用和虚引用。

2.2.4 离散垃圾回收

• 步骤包括标记和清除，堆中的垃圾回收采取标记-清除或标记-整理算法。
• 此外，还伴随一定的筛选步骤，确保尽可能减少不必要的回收。

2.3 垃圾回收算法

2.4 HotSpot的垃圾回收算法实现

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2.5 垃圾回收器

• Serial Collector：单线程垃圾回收，适用于内存受限或单核处理器系统。
• ParNew Collector：多线程垃圾回收，主要处理新生代垃圾回收。
• Parallel Scavenge Collector：基于复制算法的多线程垃圾回收，兼顾内存使用和收集速度。
• CMS Collector：基于标记-清除算法，优化了内存标记效率。
• G1 Collector：面向高并发服务端应用，支持分代收集和空间整合。

3. Java内存模型与线程

3.1 Java内存模型

• Java内存模型隐藏了底层硬件和操作系统的内存访问差异。
• 主内存与工作内存之间通过锁、unlock、read、write等操作进行交互。

3.1.2 对于volatile型变量的特殊规则

• volatile变量确保所有线程可见，但操作并不原子性。
• 需要插入内存屏障（memory barriers）来保证内存一致性。

3.1.3 对于long和double型变量的特殊规则

• 64位数据类型的读写操作可分为两次32位操作，允许虚拟机实现不保证原子性。

3.1.4 原子性、可见性与有序性

• 原子性：由JMM保证基本数据类型操作的原子性。
• 可见性：通过volatile、synchronize、final等关键字保证可见性。
• 有序性：通过happens-before规则确保操作有序性。

4. 线程安全与锁优化

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5. 类文件结构

（待填充）

6. 虚拟机类加载机制

6.1 类加载时机

• 类的生命周期分为7个阶段：加载、验证、准备、初始化、使用、终止、卸载。
• 类初始化发生在以下情况：新、getstatic、putstatic、invokestatic、反射调用以及主类初始化。

6.2 类加载过程

6.3 类加载器

• 类加载器基于双亲委派机制，叶子类加载器负责查找和加载类。
• 常见的类加载器包括启动类加载器、扩展类加载器、程序类加载器以及线程上下文加载器。

（待填充部分请结合具体内容补充完善）