全面理解JVM虚拟机

JVM虚拟机全面解析笔记

一、为什么要学JVM？

面试必备：避免死记硬背八股文
技术根基：理解代码底层逻辑，构建可靠系统
调优基础：解决线上内存泄漏、OOM崩溃等性能问题

核心观点：学JVM是自主解决问题的一流程序员与CRUD二流程序员的分水岭！

二、Class文件规范

1. Class文件结构

魔数标识 ：所有Class文件以CAFE BABE开头（Java名称起源）
版本号机制 ：
plaintext 复制代码
```
minor_version（次版本） + major_version（主版本，如JDK8=52）
```
JDK8无法执行JDK17编译的Class文件（版本号61）
常量池索引：从1开始（索引0表示"不引用常量项"）

2. 字节码指令

指令格式：1字节操作码 + 0~N个操作数

核心指令类型 ：

java 复制代码

bipush 10      // 压栈常量10（需操作数）
astore_1       // 存储到局部变量表（无操作数）
invokestatic   // 调用静态方法

方法调用指令 ：

指令	用途
`invokevirtual`	对象实例方法（多态）
`invokeinterface`	接口方法
`invokespecial`	构造方法/私有方法/父类方法
`invokestatic`	静态方法
`invokedynamic`	动态解析（Lambda底层）

3. 关键案例解析

Integer缓存机制：

java 复制代码

Integer i1 = 10;  // → bipush 10 + invokestatic Integer.valueOf
Integer i2 = 10;
System.out.println(i1 == i2); // true（-128~127缓存复用）

字节码验证：valueOf调用导致缓存对象复用

4. try-catch-finally流程

异常表控制跳转 ：
plaintext 复制代码
```
Start PC | End PC | Handler PC | CatchType
```
- try块异常 → catch或finally
- catch块异常 → finally

5. 字节码执行原理

操作数栈：存储计算中间结果（LIFO结构）
局部变量表：存储方法参数和局部变量（数组结构）

i++ vs ++i ：

java 复制代码

int k = 1;
k = k++; 
// 字节码：iload → iinc → istore（结果k=1）

三、类加载机制

1. JDK8类加载体系

双亲委派核心代码 ：

java 复制代码

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) {
  // 1. 检查缓存
  // 2. 父加载器优先加载
  // 3. 父类失败时自身加载
}

打破场景：Tomcat多应用隔离加载

2. 沙箱保护机制

禁止覆盖核心类 ：

java 复制代码

if (name.startsWith("java.")) {
  throw new SecurityException();
}

3. 类与对象关系

元空间（Metaspace）：存储类元信息（JDK8取代PermGen）

对象头结构 （JOL工具查看）：

plaintext 复制代码

Mark Word（锁状态/GC年龄） + Class Pointer（指向元空间类）

四、执行引擎

1. 执行模式

模式	特点	启用参数
解释执行	逐条翻译执行（启动快）	`-Xint`
编译执行	编译为本地代码（执行快）	`-Xcomp`
混合模式	默认策略（平衡性能）	（JDK8默认）

2. JIT分层编译

C1编译器：轻量优化（启动快）
C2编译器：激进优化（峰值性能高）
Graal编译器：JDK10+替代C2（Java编写）

五、GC垃圾回收

1. 分代收集模型

年轻代 （Eden+Survivor）：
- 比例：Eden:S0:S1 = 8:1:1
- 回收算法：标记-复制（Minor GC）
老年代 ：
- 回收算法：标记-整理（Full GC）

2. 垃圾回收器演进

分代类型	回收器	特点
分代	Serial/Parallel Scavenge	JDK8默认（Parallel+Old）
	CMS/G1	低停顿
不分代	ZGC/Shenandoah	TB级堆内存<10ms停顿

JDK8默认：-XX:+UseParallelGC（PS + PO）

六、GC调优实战

1. 关键JVM参数

bash 复制代码

-XX:+PrintGCDetails           # 打印GC详情
-XX:+PrintGCTimeStamps        # 增加时间戳
-Xloggc:./gc.log              # 输出日志文件

2. 日志分析工具

Arthas：实时监控JVM状态（阿里开源）
GCeasy：在线分析GC日志（https://www.gceasy.io）

典型问题定位：

YoungGC频繁 → 增大年轻代

FullGC耗时久 → 检查老年代对象泄漏

总结思考

"JVM不是黑盒，是打开Java生态的钥匙" ------ 掌握字节码、类加载、GC原理，方能从CRUD进阶系统级调优专家！

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