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JVM(Java Virtual Machine)

news 2025/11/7 14:06:52

JVM概述

在Java学习的起初就提到了JVM

JVM的作用

装载字节码将字节码转换为对应平台的机器码

JVM构成

1.类加载器 (重点)

2.运行时数据区 (重点)

3.执行引擎 (了解)

4.本地库接口 (了解)

5.针对运行时数据区提供的垃圾回收 (重点)

一，类加载

概念：

通过类加载模块将硬盘上的.class文件加载到运行时数据区中

类加载过程：

1.加载阶段（利用IO的读取字节码）

2.链接阶段

验证字节码是否被污染（格式不对）

准备

解析

3.初始化对类中的静态成员初始化赋值
当类加载完成初始化阶段时，一个类才真正完成了了加载的整个过程

例：面试题：类什么时候被加载

类被使用时会加载类

1.创建某个类的对象时，new Hellow();

2.访问类中的静态成员

3.反射机制加载类 Class.forName("com.ffyc.javapro.jvm.Hello")

4.执行某个类中的main方法

5.子类被加载时，会加载对应的父类

还有两种特殊情况，看似使用了类，但是类不会被加载

1.只是用了类中的静态值

2.类被当做类型使用，如创建一个Hello类型的数组Hello[] hellos = new Hello[10]

二，类加载器

概述：理解为专门加载类的类

类加载器的分类：

1.启动类加载器（引导类加载器）

不是java语言写的，有c/c++写的，嵌入到虚拟机中，用于虚拟机启动时，读取java核心类库(系统中类)

2.扩展类加载器

这种类加载器是由java语言写的，继承ClassLoader类，读取\jre\lib\ext目录下的类，这个目录中类属于扩展类，自己也可以写一些类，放在此目录下

3.应用程序类加载器

也是由java语言写的，专门读取程序员写的应用程序中的类

package com.ffyc.javapro.jvm;public class TestClassLoader {public static void main(String[] args) {
System.out.println(String.class.getClassLoader());//null  说明String类是由引导类加载器加载的                       System.out.println(Hello.class.getClassLoader());//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2    说明Hello类是由应用程序类加载器加载的System.out.println(Hello.class.getClassLoader().getClass().getClassLoader());//null 说明应用程序加载器的加载其也是由引导类加载器加载的}
}

4.自定义类加载器(继承ClassLoader类)

程序员自己定义的类加载器

双亲委派机制

jvm加载类时，遵循双亲委派机制

当加载一个类时，先让上级的类加载器去加载，优先加载系统中的类，如果系统中没有，才会委派给下级类加载器，下级如果找到了，那么久加载该类，如果下级也没有找到，就抛出类找不到异常(ClassNotFoundException)

为什么使用双亲委派机制

为了安全，避免我们自己写的类替换了系统中类

如何打破双亲委派机制

可以通过自定义类加载器打破

写一个类继承ClassLoader类

重写findClass()方法

例：

package com.ffyc.javapro.jvm;import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;/*** 自定义类加载器*/
public class MyClassLoader extends ClassLoader{//类的路径private String classPath;public MyClassLoader(ClassLoader parent, String codePath) {super(parent);this.classPath = codePath;}public MyClassLoader(String codePath) {this.classPath = codePath;}@Overrideprotected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {BufferedInputStream bis=null;ByteArrayOutputStream baos=null;//完整的类名String file = classPath+name+".class";try {//初始化输入流bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file));//获取输出流baos=new ByteArrayOutputStream();int len;byte[] data=new byte[1024];while ((len=bis.read(data))!=-1){baos.write(data,0,len);}//获取内存中的字节数组byte[] bytes = baos.toByteArray();//调用defineClass将字节数组转换成class实例Class<?> clazz = defineClass(null, bytes, 0, bytes.length);return clazz;} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}finally {try {bis.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}try {baos.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}return null;}public static void main(String[] args) {MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("E:/");try {Class<?> clazz = myClassLoader.findClass("Hello"); //ClssLoader中lodClass走正常的双亲委派机制加载类//打印具体的类加载器，验证是否是由我们自己定义的类加载器加载的System.out.println("测试字节码是由"+clazz.getClassLoader().getClass().getName()+"加载的。。");Object o = clazz.newInstance();System.out.println(o.toString());} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}
}

三，运行时数据区

当程序启动运行时,类信息,对象信息等都存储在运行时数据区, 顾名思义就是存储运行时数据的区域.

运行时数据区可以分为5个区域:

1.程序计数器

作用:程序计数器用来记录cpu执行到程序指令的位置。

cpu要切换执行许多的程序，在切换之前需要记录程序本次执行的位置，下次回来继续接着执行

特点：

内存空间小，运行速度快

线程私有的，每个线程都有一个自己的私有的程序计数器

生命周期与线程生命周期一致(线程创建启动后计数器开始工作，线程结束程序计数器也就结束)

程序计数器中不存在内存溢出情况(内存不够用)，也不会出现垃圾回收

2.虚拟机栈

作用：栈是运行的结构设计，管的是程序(方法)如何执行，虚拟机栈是用来运行Java语言写的方法

java总是main方法先执行，main第一个被压入到栈中，在调用其他的方法，继续被压入到栈中，方法用完就出栈，最顶上的就是当前正在运行的方法

特点：

虚拟机栈是线程私有的，每个线程创建就会创建一个虚拟机栈

方法入栈后，称为一个栈帧(保存方法中的信息)

栈空间不存在垃圾回收

可能存在内存溢出问题(内存不够用)，如递归调用次数过多，栈中放不了

栈帧结构

1.存储方法中生命的局部变量

2.操作数栈，所有程序的运算都在操作数栈中进行

3.方法返回地址

3.本地方法栈

本地方法栈是用来运行本地方法的(c/c++写的系统方法)

本地方法栈也是线程私有的

不会出现垃圾回收,

但是可能会出现内存溢出

4.堆

作用：Java中创建的对象，都存储在堆空间中

特点：堆是运行时数据区中最大的一块内存区域

堆是线程共享，所有的线程共享堆中的数据

堆的大小可以调整(通过一些参数进行设置)

堆空间是垃圾回收的重点区域

堆空间是可能出现内存溢出的

堆内存区域划分

新生代(年轻代，新生区)

伊甸园区

幸存者0

幸存者1

老年区(老年区)

为什么要分区

把不同生命周期的对象存储在不同的区域(有的对象存活时间不长)，针对不同的区域采用不同的回收算法，频繁的回收新生代，较少的回收老年代

对象内存分配过程

Java中新创建的对象，都存储在新生代的伊甸园区，当垃圾回收发生时，会将伊甸园中的存活对象移动到幸存者0区

清空伊甸园区，继续创建对象，当下次垃圾回收执行时，将伊甸园区和幸存者0区存活的对象都移动到幸存者1区

每次垃圾回收只是用一个幸存者区

当一个对象默认回收15次后，依旧存活那么将该对象移动到老年代

为什么回收次数最大为15次？能不能改？

对象头有一块记录分代年龄的区域，最大4个bit位，表示最大为15

-XX:MaxTenuringThreshold=<N>

堆空间的参数设置(了解)

堆空间的大小如何设置(jvm调优)

-XX:+PrintFlagsInitial

查看所有参数的默认初始值

-Xms:初始堆空间内存

-Xmx:最大堆空间内存

-Xmn:设置新生代的大小

-XX:MaxTenuringTreshold:设置新生代垃圾的最大年龄

-XX:+PrintGCDetails 输出详细的 GC 处理日志

注：参数调节可以在idea中进行修改

Edit Configuration

勾选红圈中的Add VM option

然后将调节参数添加到绿圈中的位置在点击apply

这属于临时修改

想要对每个项目都进行修改，需要在jdk中进行修改

5.方法区

作用：

方法去也称为元空间

主要用来存储类信息(方法，变量，静态变量，静态常量……)

大小设置

方法区大小是可以进行设置的

-XX:MetaspaceSize

方法区是会存在内存溢出问题的，当加载的类信息很多时，方法区空间不足，就会报错

方法区垃圾回收

方法区是存在垃圾回收的，方法区的垃圾回收的主要信息是类信息

但是类信息的回收条件很苛刻，一般我们认为类被加载后，类信息就不卸载了

类卸载的条件比较苛刻，需要同时满足以下3个条件：

1.该类的对象，以及该类的子类对象都已经被回收

2.加载该类的类加载器已经被回收

3.给类对应的Class对象没有任何地方被引用

四，本地方法接口

什么是本地方法

native关键字修饰的方法

不是用Java语言实现的

为什么要使用Native Method

Java语言是用应用层语言，Java语言没有权限直接操作计算机硬件设备(内存，硬盘)，操作系统就为上层语言写好了一些操作硬件的接口，上层语言只需要调用这些系统接口即可，底层实现由操作系统处理

本地方法接口模块就是在虚拟机中赋值调用本地方法的入口

五，执行引擎

作用：

执行引擎是虚拟机中最核心之一的内容

负责加载字节码到虚拟中，将字节码解释/编译为机器码(字节码是虚拟机中指定的指令(汇编语言))，不是机器码

前端编译：通过javac命令，把.java文件编译成.class文件

后端运行:在运行时，由执行引擎把字节码编译为机器码

为什么执行引擎中设计为半解释，半编译模式将字节码翻译为机器码

高级语言------->机器码一般由两种方式: 1.解释执行, 2.编译执行

解释执行: web前端 html css js , sql , python

解释执行特点: 一行一行由解释器解释执行, 缺点: 效率慢 . 不需要编译,可以由解释器直接解释执行编译执行: c c++ java ----> 整体编译编译后执行效率高, 但是编译是花时间的.执行引擎可以对某些

执行比较频繁的热点代码进行追踪, 将热点代码编译后缓存起来,下次使用时省去了编译时间,可以直接拿来使用.

程序刚开始运行时, 先通过解释器解释执行,提高响应速度, 当热点代码编译后,使用编译执行,提高后续程序执行速度.

六，垃圾回收

垃圾回收概述

什么是垃圾对象

在程序运行时，如果一个对象没有被任何引用变量所指向，那么这个对象就是垃圾对象。

垃圾对象如果不及时清理，长期占用内存空间，会导致新创建的对象空间不足，最终发生内存溢出错误

public void test(){1 Hello h1 = new Hello()2 Hello h2 = h1;   h1 = null;h2 = null;
}main(){test();}

解释：在test运行时如果没有h1 = nul; h2 = null;那么创建出来的对象的引用时间就会持续到test方法执行结束然后被垃圾回收，如果h1 = nul; h2 = null;语句存在，那么该对象在h2 = null语句结束后就不再被引用，触发垃圾回收原则，若只有h1 = null语句，那么与不存在h1 = nul; h2 = null;语句效果相同，因为生成的对象地址被h2锁引用