JVM基本结构和垃圾回收机制

一、JVM基本结构

Java虚拟机（JVM, Java Virtual Machine）是Java程序执行的环境，其基本结构可以分为以下几个主要部分：

1. 类加载器子系统（Class Loader Subsystem）：

   • 负责加载Java类文件到内存中。它包括三个主要的类加载器：引导类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器。
   • 类加载器采用双亲委派模型，以确保Java类的安全性和一致性。

2. 内存区（Runtime Data Area）:

   • JVM在运行Java程序时，会在内存中分配不同的区域来存储数据。主要包括：
     • 方法区（Method Area）：存放类的结构信息，如字段、方法、常量池等。
     • 堆区（Heap Area）：用于存放对象实例和数组，是Java内存管理的主要区域。
     • Java栈（Java Stack）：每个线程都有自己的Java栈，用于存放局部变量、操作数栈、动态链接等信息。
     • 程序计数器（Program Counter Register）：每个线程都有一个程序计数器，用于指示当前线程执行的字节码指令地址。
     • 本地方法栈（Native Method Stack）：用于支持Java调用本地方法（Native Method）。

3. 执行引擎（Execution Engine）：

   • 负责执行字节码，包括：
     • 解释器（Interpreter）：逐行解释执行字节码。
     • 即时编译器（JIT Compiler）：将热点代码编译为本地机器码，以提高执行效率。
     • 垃圾回收器（Garbage Collector）：负责自动管理内存，回收不再使用的对象。

4. 本地库接口（Native Interface）：Java 程序可以调用本地代码，从而实现对系统资源的直接访问或使用现有的本地库。

JVM的设计使得Java程序具有跨平台的特性，即"编写一次，到处运行"。通过将Java代码编译为字节码，JVM能够在不同的操作系统和硬件平台上执行这些字节码。

二、JVM 内存区 ----- 两栈一器私有，堆和方法区共享

1、堆（线程共享）

堆中存放几乎所有对象实例，所有程序所创建的对象均保存在堆中。

2、Java虚拟机栈（线程私有）
虚拟机栈存放的是各类基本数据类型和对象的引用，包含四部分

1. 局部变量表： 存放了编译器可知的各种基本数据类型(8大基本数据类型)、对象引用。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在执行期间不会改变局部变量表大小。简单来说就是存放方法参数和局部变量。
2. 操作栈：每个方法会生成一个先进后出的操作栈。
3. 动态链接：指向运行时常量池的方法引用。
4. 方法返回地址：PC 寄存器的地址。

3、本地方法栈（线程私有）

本地方法栈和虚拟机栈类似，只不过虚拟机栈是给JVM使用的，本地方法栈是给本地方法使用的。

4、程序计数器（线程私有）
每条线程都有自己的程序计数器，用来记录代码执行到的位置（行号）

5、方法区（线程共享）

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。

三、垃圾回收机制

JVM 垃圾回收机制--GC(Garbage Collection) 是 Java 虚拟机自动管理内存的一种方式，旨在回收不再使用的对象，以释放内存空间。以下是 JVM 垃圾回收机制的主要特点和工作原理：

1. 垃圾回收的基本概念

• 垃圾对象：指没有任何引用指向的对象，这些对象无法再被程序访问。
• 内存管理：JVM 自动管理内存的分配和释放，程序员无需手动释放内存。

2. 垃圾回收的工作原理

JVM 的垃圾回收通常通过以下几个步骤进行：

• 标记：首先，JVM 会从根对象（如栈中的局部变量、静态变量等）开始，遍历所有可达对象，并标记这些对象为"活着"的对象。
• 清除：在标记阶段结束后，JVM 会清除未被标记的对象，释放其占用的内存。
• 整理（可选）：在某些垃圾回收算法中，清除后会进行内存整理，将存活的对象移动到一起，以减少内存碎片。

3. 垃圾回收器

JVM 提供了多种垃圾回收器，常见的包括：

• Serial GC：单线程的垃圾回收器，适用于小型应用。
• Parallel GC：多线程的垃圾回收器，提高了垃圾回收的效率。
• CMS（Concurrent Mark-Sweep）：并发标记清除垃圾回收器，减少停顿时间。
• G1（Garbage-First）：能够同时进行垃圾回收和应用程序的执行，适用于大内存应用。

4. 垃圾回收的触发

垃圾回收通常在情况下触发：

• 当堆内存达到一定阈值时。
• 当系统内存不足时。
• 手动调用 System.gc()（建议不使用，因为并不能保证立即回收）。

通过垃圾回收机制，JVM 可以有效地管理内存，减少内存泄漏和溢出的问题，提高程序的稳定性和性能