JVM之JVM的基本介绍

基本介绍

JVM：全称 Java Virtual Machine，即 Java 虚拟机，一种规范，本身是一个虚拟计算机，直接和操作系统进行交互，与硬件不直接交互，而操作系统可以帮我们完成和硬件进行交互的工作

特点：

• Java 虚拟机基于二进制字节码执行，由一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收堆、一个方法区等组成

• JVM 屏蔽了与操作系统平台相关的信息，从而能够让 Java 程序只需要生成能够在 JVM 上运行的字节码文件，通过该机制实现的跨平台性

Java 代码执行流程：Java 程序 --（编译）--> 字节码文件 --（解释执行）--> 操作系统（Win，Linux）

JVM 结构：

JVM、JRE、JDK 对比：

• JDK(Java SE Development Kit)：Java 标准开发包，提供了编译、运行 Java 程序所需的各种工具和资源

• JRE( Java Runtime Environment)：Java 运行环境，用于解释执行 Java 的字节码文件

架构模型

Java 编译器输入的指令流是一种基于栈的指令集架构。因为跨平台的设计，Java 的指令都是根据栈来设计的，不同平台 CPU 架构不同，所以不能设计为基于寄存器架构

• 基于栈式架构的特点：

  • 设计和实现简单，适用于资源受限的系统

  • 使用零地址指令方式分配，执行过程依赖操作栈，指令集更小，编译器容易实现

    • 零地址指令：机器指令的一种，是指令系统中的一种不设地址字段的指令，只有操作码而没有地址码。这种指令有两种情况：一是无需操作数，另一种是操作数为默认的（隐含的），默认为操作数在寄存器（ACC）中，指令可直接访问寄存器

    • 一地址指令：一个操作码对应一个地址码，通过地址码寻找操作数

  • 不需要硬件的支持，可移植性更好，更好实现跨平台

• 基于寄存器架构的特点：

  • 需要硬件的支持，可移植性差

  • 性能更好，执行更高效，寄存器比内存快

  • 以一地址指令、二地址指令、三地址指令为主

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生命周期

JVM 的生命周期分为三个阶段，分别为：启动、运行、死亡

• 启动：当启动一个 Java 程序时，通过引导类加载器（bootstrap class loader）创建一个初始类（initial class），对于拥有 main 函数的类就是 JVM 实例运行的起点

• 运行：

  • main() 方法是一个程序的初始起点，任何线程均可由在此处启动

  • 在 JVM 内部有两种线程类型，分别为：用户线程和守护线程，JVM 使用的是守护线程，main() 和其他线程使用的是用户线程，守护线程会随着用户线程的结束而结束

  • 执行一个 Java 程序时，真真正正在执行的是一个 Java 虚拟机的进程

  • JVM 有两种运行模式 Server 与 Client，两种模式的区别在于：Client 模式启动速度较快，Server 模式启动较慢；但是启动进入稳定期长期运行之后 Server 模式的程序运行速度比 Client 要快很多

    Server 模式启动的 JVM 采用的是重量级的虚拟机，对程序采用了更多的优化；Client 模式启动的 JVM 采用的是轻量级的虚拟机

• 死亡：

  • 当程序中的用户线程都中止，JVM 才会退出

  • 程序正常执行结束、程序异常或错误而异常终止、操作系统错误导致终止

  • 线程调用 Runtime 类 halt 方法或 System 类 exit 方法，并且 Java 安全管理器允许这次 exit 或 halt 操作

内存结构

内存概述

内存结构是 JVM 中非常重要的一部分，是非常重要的系统资源，是硬盘和 CPU 的桥梁，承载着操作系统和应用程序的实时运行，又叫运行时数据区

JVM 内存结构规定了 Java 在运行过程中内存申请、分配、管理的策略，保证了 JVM 的高效稳定运行

• Java1.8 以前的内存结构图：

  

• Java1.8 之后的内存结果图：

  

线程运行诊断：

• 定位：jps 定位进程 ID

• jstack 进程 ID：用于打印出给定的 Java 进程 ID 或 core file 或远程调试服务的 Java 堆栈信息

• 

• 案例一的几个步骤:

  1.使用top 定位到占用CPU高的进程PID

  2.查看Java进程里面的线程的占用情况 top -H -p +线程号

  说明：-H 指显示线程，-p 是指定进程

  3.通过jstack命令获取占用资源异常的线程栈，可暂时保存到一个文件中查看

• 案例2可能是出现了死锁

如果想要可视化的话,可以使用jconsole,virtalVM

常见 OOM 错误：

• java.lang.StackOverflowError 栈溢出错误

• java.lang.OutOfMemoryError：java heap space 堆溢出错误

• java.lang.OutOfMemoryError：GC overhead limit exceeded

• java.lang.OutOfMemoryError：Direct buffer memory

• java.lang.OutOfMemoryError：unable to create new native thread

• java.lang.OutOfMemoryError：Metaspace