1.Java虚拟机与程序的生命周期：
在如下几种情况下， Java虚拟机将结束生命周期：
- 执行了System.exit()方法
- 程序正常执行结束
- 程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
- 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止
2. 虚拟机类加载的过程
- 加载：查找并加载类的二进制数据
- 连接：分为以下三个步骤：
1）验证：确保被加载的类的正确性
2）准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值
3）解析：把类中的符号引用转换为直接引用
- 初始化：为类中的静态变量赋予正确的初始值
流程图如下：
Java程序对类的使用方式可分为两种：
1）主动使用（六种）：
- 创建类的实例，如new Test();
- 访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
- 调用类的静态方法
- 反射（如Class.forName(“com.shengsiyuan.Test”)）
- 初始化一个类的子类
- Java虚拟机启动时被标明为启动类的类（JavaTest）
2）被动使用：除了以上六种情况，其他使用Java类的方式都被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化。
所有的Java虚拟机实现必须在每个类或接口被Java程序“首次主动使用”时才初始化他们。
（1）加载
类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。流程图如下：
1）加载.class文件的方式：
- 从本地系统中直接加载（即从本机获取编译后的.class文件）
- 通过网络下载.class文件
- 从zip， jar等归档文件中加载.class文件（即从导入的包文件中获取并加载）
- 从专有数据库中提取.class文件
- 将Java源文件动态编译为.class文件
2）类的加载的最终产品是位于堆区中的Class对象；Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口。
3）类的加载器有两种类型：
第一种：Java虚拟机自带的加载器，分为如下几类：
- 根类加载器（Bootstrap）：它是由C++编写的，程序员无法在Java代码中获得该类，在代码中调用ClassLoader类的getClassLoader()方法获取加载器名时，返回的是null。
- 扩展类加载器（Extension）：由Java编写的
- 系统类加载器（System）：由Java编写的
第二种：用户自定义的类加载器，分为如下几类：
- 通过继承java.lang.ClassLoader类创建的子类
- 用户可以定制类的加载方式
类加载器并不需要等到某个类被“首次主动使用”时再加载它。JVM规范允许类加载器在预料某个类将要被使用时就预先加载它，如果在预先加载的过程中遇到了.class文件缺失或存在错误，类加载器必须在程序首次主动使用该类时才报告错误（LinkageError错误）。如果这个类一直没有被程序主动使用，那么类加载器就不会报告错误。
（2）验证
类被加载后，就进入连接阶段。连接就是将已经读入到内存的类的二进制数据合并到虚拟机的运行时环境中去。然后分别进行验证、准备和解析。
类的验证的内容：
- 类文件的结构检查：确保类文件遵从Java类文件的固定格式
- 语义检查：确保类本身符合Java语言的语法规定，比如验证final类型的类没有子类，以及final类型的方法没有被覆盖
- 字节码验证：确保字节码流可以被Java虚拟机安全执行。字节码流代表Java方法（包括静态方法和实例方法）
- 二进制兼容性的验证：确保相互引用的类之间协调一致。
（3）准备
在准备阶段，Java虚拟机为类的静态变量分配内存，并设置默认的初始值。例如对于以下的Sample类，在准备阶段，将为int类型的静态变量a分配4个字节的内存空间，并赋予默认值0，为long类型的静态变量b分配8字节的内存空间，并赋予默认值0。
public class Sample{
private static int a=1;
private static long b;
static{
b=2;
}
....
}（4）解析
在解析阶段，Java 虚拟机会把类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用。例如在Worker类的gotoWork()方法中会引用Car类的run()方法。
public void gotoWork(){
car.run();//这段代码在Worker类的二进制数据中表示为符号引用
}在Worker类的二进制数据中，包含了一个对Car类的run()方法的符号引用，它由run()方法的全名和相关描述符组成。在解析阶段，Java虚拟机会把这个符号引用替换为一个指针，该指针指向Car类的run()方法在方法区内的内存位置，这个指针就是直接引用。
（4）初始化
在初始化阶段，Java虚拟机执行类的初始化语句，为类的静态变量赋予初始值。在程序中，静态变量的初始化有两种途径：
- 在静态变量的声明处进行初始化；
- 在静态代码块中进行初始化。
静态变量的声明语句，以及静态代码块都被看做类的初始化语句，Java虚拟机会按照初始化语句在类文件中的先后顺序来依次执行他们。
1）类的初始化步骤：
- 假如这个类还没有被加载和连接，那就先进行加载和连接。
- 假如类存在直接的父类，并且这个父类还没有被初始化，那就先初始化直接的父类。
- 假如类中存在初始化语句，那就依次执行这些初始化语句。
2）类的初始化时机
主动使用（六种）：
- 创建类的实例，如new Test();
- 访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
- 调用类的静态方法
- 反射（如Class.forName(“com.shengsiyuan.Test”)）
- 初始化一个类的子类
- Java虚拟机启动时被标明为启动类的类（JavaTest）
除了上述六种情形，其他使用Java类的方式都被看作是被动使用， 不会导致类的初始化。
当Java虚拟机初始化一个类时，要求它的所有父类都已经被初始化，但是这条规则并不适用于接口：
- 在初始化一个类时，并不会先初始化它所实现的接口
- 在初始化一个接口时，并不会先初始化它的父接口
因此，一个父接口并不会因为它的子接口或者实现类的初始化而初始化，只有当程序首次使用特定接口的静态变量时，才会导致该接口的初始化。
注意：
- 程序中对子类的“主动使用”会导致父类被初始化；但对父类的“主动使用”并不会导致子类初始化。
- 调用ClassLoader类的loadClass方法加载一个类，并不是对类的主动使用，不会导致类的初始化。
- 只有当程序访问的静态变量或静态方法确实在当前类或当前接口中定义时，才可以认为是对类或接口的主动使用，如下程序：
class parent3{
static int a=3;
static{
System.out.println("Parent3 static block");
}
static void doSomething(){
System.out.println("do something");
}
}
class Child3 extends Parent3{
static{
System.out.println("Child3 static block");
}
}
public class Test6{
public static void main(String[] args){
System.out.println(Child3.a);
Child3.doSomething();
}
}
//输出结果：
Parent3 static block
3
do something
因为程序访问的静态变量或静态方法只在父类中定义，所以认为是对父类的主动使用，对父类进行了初始化，而对子类不进行初始化。因此不输出Child3 static block
3.类加载器
类加载器用来把类加载到Java虚拟机中。从JDK1.2版本开始，类的加载过程采用父亲委托机制，这种机制能更好地保证Java平台的安全。在此委托机制中，除了Java虚拟机自带的根类加载器以外，其余的类加载器都有且只有一个父加载器。
（1）类加载的父委托机制
在父亲委托机制中，各个加载器按照父子关系形成了树形结构，除了根类加载器以外，其余的类加载器都有且只有一个父加载器。
注意：父子加载器并非继承关系，也就是说子加载器不一定是继承了父加载器。
定义类加载器：如果某个类加载器能够加载一个类，那么该类加载器就称作定义类加载器；定义类加载器及其所有子加载器都称作初始类加载器。
需要指出的是，加载器之间的父子关系实际上指的是加载器对象之间的包装关系，而不是类之间的继承关系。一对父子加载器可能是同一个加载器类的两个实例，也可能不是。在子加载器对象中包装了一个父加载器对象。如下代码中loader1和loader2都是MyClassLoader类的实例，并且loader2包装了loader1，loader1是loader2的父加载器。
ClassLoader loader1=new MyClassLoader();
//参数loader1将作为loader2的父加载器
ClassLoader loader2 = new MyClassLoader(loader1);优点：
父亲委托机制的优点是能够提高软件系统的安全性。因此在此机制下，用户自定义的类加载器不可能加载应该由父加载器加载的可靠类，从而防止不可靠甚至恶意的代码代替由父加载器加载的可靠代码。例如，java.lang.Object类总是由根类加载器加载，其他任何用户自定义的类加载器都不可能加载含有恶意代码的java.lang.Object类。
（2）命名空间
每个类加载器都有自己的命名空间，命名空间由该加载器及所有父加载器所加载的类组成。同一个命名空间中，不会出现类的完整名字（包括类的包名）相同的两个类；在不同的命名空间中，有可能会出现类的完整名字（包括类的包名）相同的两个类。
（3）运行时包
4. 运行时数据区域
Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。主要包含以下几个运行时数据区域：
（1）程序计数器
一块较小的内存空间，是当前线程所执行的字节码的行号指示器。此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何outMemoryErroe情况的区域。
在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令，因此，为了线程切换后能恢复到正确的位置，每条线程都需要有一个独立的线程计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，称这类内存区域为“线程私有”内存。
（2）Java虚拟机栈
它也是线程私有的，生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference类型，不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。
局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
（3）本地方法栈
与虚拟机栈的区别在于虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。
（4）Java堆
是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。它是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。主要用存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域。
根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的。
（5）方法区
是各个线程共享的内存区域，用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松，除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外，还可以选择不识闲垃圾收集。该区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和类型的卸载。
（6）运行时常量池
是方法区的一部分。用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
翻译出来的直接引用也存储在运行时常量池中。它相对于Class文件常量池的另外一个重要特征是具备动态性。运行期间也可能将新的常量放入池中。
（7）直接内存
它并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域。本机直接内存的分配不受Java堆大小的限制，但会受到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。