【JavaSE】JVM

杨DaB2025-10-12 15:48

文章目录

定义

JVM是java虚拟机，体现了java 的运行环境；

整体的一个流程是将java编译成为Class类，加载到类加载器Class Loader，之后在加载到JVM中

流程如下：

类加载器

类加载器

  1. 虚拟机自在的加载器
  2. 启动类（根）加载器
  3. 扩展类加载器
  4. 应用程序（系统）加载器

.getClassLoader：查看加载器

java 复制代码 
DemoJVM01 demoJVM01 = new DemoJVM01();
DemoJVM01 demoJVM02 = new DemoJVM01();
DemoJVM01 demoJVM03 = new DemoJVM01();


System.out.println(demoJVM03.hashCode());
System.out.println(demoJVM02.hashCode());
System.out.println(demoJVM01.hashCode());

System.out.println("---end");

Class<? extends DemoJVM01> aClass = demoJVM01.getClass();
System.out.println(" Class Loader:"+aClass.getClassLoader());
System.out.println(" Class Loader`s Parent:"+aClass.getClassLoader().getParent());
System.out.println(" Class Loader`s Parent`s Parent:"+aClass.getClassLoader().getParent().getParent()); // rt.jar
plain 复制代码 
 Class Loader:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
 Class Loader`s Parent:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@3d04a311
 Class Loader`s Parent`s Parent:null

双亲委派机制

如果在jar包中如果有一模一样名字的方法的情况，新定义的内容不会生效，这称之为双亲委派机制

app >> ext >> rt (Boot)

双亲委派机制：

  1. 类加载器收到类加载的请求；
  2. 将这个请求向上委托 给父类加载器去完成，一直向上委托，直至启动类加载器；
  3. 启动加载器检查 是否能够 加载当前这个类，能加载就结束，使用当前的加载器，否则 抛出异常，通知子加载器进行加载；
  4. 重复步骤3 直至 Class Not Found；

沙箱安全机制

沙箱机制 （sandbox），将java代码限定到虚拟机（JVM）之中，并且严格限制代码对本地系统的资源访问。通过这样的措施来保证代码的有效隔离。

native关键字

private native void start0();，start()调用了start0()方法，使用了native关键字，使用调用了C语言的库，java的功能已经实现不了了。

JNI的作用：扩展Java的使用，融合不同的语言 给Java使用；

  • C+±- → Java
  • C++++ → C#

使用Java驱动本地东西或者调用计算机的时候native 会出现，但大多时候都是使用C++去实现；

Native Method Stack

PC寄存器

程序计数器：Program Counter Register

每一个线程都有一个程序计数器，是线程所私有的，就是一个指针，指向方法区的方法字节码（用于存储指向一条指令的地址，也即将要执行的指令代码），在执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间；

方法区

Method Area， 方法区 是被所有线程共享，所有字段和方法字节码，以及一些特殊的方法：接口，构造函数；

简单的说，所有定义的方法的信息都会保存在该区域，此区间属于共享区间；

静态变量、常量、类信息（构造方法，接口定义）、运行时的常量池存在方法区中，但是 实例变量存在堆内存中， 和方法区无关；

static、final、Class、常量池；

队列

类似于管道流程,

线程的执行就是队列，新进先出（FIFO）原则，

栈

学习思路

程序=数据结构+算法；

程序=框架+业务逻辑~：淘汰！

类似于桶的样态；先进后出（FILO）原则，

main方法会放在最底下，执行的方法在上面执行之后会将执行过的弹出；

如果空间设置不对，会出先栈溢出异常；递归自调会出现这种状态；

递归自调用如果没有终止递归的方法就会出现栈溢出；

存放的是进行引用的地方；

功能、特点

栈内存，主管程序的运行，生命周期和线程同步；

线程结束，占内存就会释放，对于栈来说，不存在垃圾回收问题；当线程结束，站就会结束；

栈中保存着 8大基本类型+对象引用+实例的方法；

栈的运行原理：通过栈帧实现；

栈满了 会出先StackOverflowError 栈溢出错误，

栈+堆+方法区的关系：

HotSpot和堆

HotSpot

查看版本 java -version

plain 复制代码 
C:\Users\杨>java -version
openjdk version "17.0.16" 2025-07-15
OpenJDK Runtime Environment Temurin-17.0.16+8 (build 17.0.16+8)
OpenJDK 64-Bit Server VM Temurin-17.0.16+8 (build 17.0.16+8, mixed mode, sharing)

C:\Users\杨>

已经没有HotSpot了;

堆

堆（Heap），真正放置实例内容的地方 就是堆；

类加载器 读取了类的文件后，_常量，类，方法 ，变量 _等都会保存到堆中；

堆内存细分为三个区域

  • 新生区：young
  • 养老区：old
  • 永久区：Perm

GC（垃圾回收）有轻量级和重量级两种GC机制：

  • 轻量级的GC在新生区，在堆容量特别大的情况下会 进行重量级GC；
  • GC的垃圾回收，主要在伊甸园区和养老区；
  • 如果内存特别大的时候，会出现OOM（OutOfMemoryError），堆内存溢出；
  • jdk1.8之后，永久存储区的名字 >> （源空间）

OOM的出现的场景，一直往新生区的加对象 直至加到上限，就会出现这个问题；

动态的不断生成反射类，一直加载直到内存满都会出现OOM；

新生区、永久区、堆内存调优

jdk1.8之后 元空间 和 JVM 分离了；

新生区

存储新创建的对象，大部分对象生命周期较短，通过垃圾回收（GC）快速清理无用对象。

分为伊甸园（Eden区）、幸存者0区（Survivor0）和幸存者1区（Survivor1）。

对象在Eden区创建，经历GC后存活的对象被移至幸存区，多次存活后晋升至老年代（Old Generation）。 ‌

养老区（Old）

在新生区的对象 经过伊甸园区，之后到幸存0区，幸存1区，当新生区全都满了之后，回去执行一次重GC，之后还能存在的情况才会到达养老区；

直至最后到达养老区满了之后会到达顶峰。在增加会出先OOM；

99%的对象到不了永久区，都是临时对象，大部分对象都是临时对象；

永久区（元空间）

永久区 所占用区域是常驻内存中，用来存放jdk携带的Class对象，interface元数据，存储的是Java运行的一些环境；

这个区域不会存在GC，在我们关闭虚拟机的时候，会去释放这个区域的内存；

永久区历程

  • jdk1.6之前：名字称之为永久代，常量池是在方法区之中；
  • jdk1.7：永久代慢慢退化了，将常量池移动到堆中；
  • jdk1.8:彻底去永久代，常量池到元空间中，持久代已经变成元空间了；

存储类元数据（如类定义、常量池）、静态变量等，属于方法区的替代实现。

什么情况永久区会出问题：

  • 启动类启动时加载了大量的外部jar；
  • tomcat在启动时部署了太多的应用；
  • 在程序执行时，编写了大量的反射类，不断的被加载，直到内存满，出现OOM；

方法区

方法区是与所有的内存区共享的，但是存在在堆之中，又称之为非堆；

方法区这个存在在元空间之中，在逻辑上 我们理解是有的，但是物理上是不占用的；

堆内存调优

查看堆内存

java 复制代码 
package Jbm;

public class DemoJVM01 {

    public static void main(String[] args) {
        // 获取JVM内存信息
        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();
        // 获取JVM初始化总内存
        long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory();


        System.out.println("maxMemory"+maxMemory+"Byte\t"+(maxMemory/1024/1024)+"MB");
        System.out.println("---");
        System.out.println("totalMemory"+totalMemory+"Byte\t"+(totalMemory/1024/1024)+"MB");
        System.out.println("---end");
    }
}
plain 复制代码 
maxMemory3736076288Byte	3563MB
---
totalMemory253231104Byte	241MB
---end

默认分配的总内存是电脑内存的1/4，初始化的内存是1/64

可以手动配置堆内存扩大；

问题及解决方式

:::info

有碰到过OOM（堆内存溢出）吗？

  1. 配置内存，扩大内存看下显示是否恢复；
  2. 分析内存，查看代码的那个地方出现了问题；

:::

JPofiler 分析OOM

出现OOM怎么办，如何排除？

  • 使用内存分析工具，看第几行代码出错：MAT，Jpofiler；
  • debug，查看代码出错的地方；

MAT、Jprofiler的作用：

  • 分析Dump内存文件，快速定位内存泄漏；
  • 获得堆中的数据；
  • 获得最大的对象；

GC垃圾回收

概念

JVM在进行GC时，并不是对三个区域统一回收，大部分时候，回收都是新生代

  • 新生代；
  • 幸存区：0,1；
  • 老年区

GC的两种：

  • 轻GC ：普通GC
  • 重GC：全局GC

GC的题目

  1. JVM的内存模型和分区~ 详细到每个区放什么？
  2. 堆里面的 分区有哪些？伊甸园区 幸存区 form to，老年区，说说他们的特点！
  3. GC算法有哪些？标记清除法，标记压缩法没复制算法，引用计数器，具体怎么用的？
  4. 轻GC和重GC分别是什么时候发生?

引用计数法

将内存中的地址进行标注，标注如果又被引用的继续保留，如果有的地址被引用为0，则进行垃圾回收

复制算法

使用幸存区 0区和1区进行GC；

幸存区的form和to的判断标准：【谁空谁是to】；

流程：

  1. 每次GC之后，都会将伊甸园区的对象移动到幸存区；
  2. 在伊甸园区清空from区，变成to区，
  3. from区和to区来回切换，将两个区互相复制，期间为保持一个干净的空间，from会不断清空切换为to；
  4. 当GC次数到达一定的次数之后，会将对象复制到养老区；

可以使用 -XX: -XX:MaxTenuringThreshoid=9999 调整GC的任期时间，JVM调优的方式；

伊甸园区和幸存from区有内容，移动到To区，之后To是满的，变成From区；

From区将所有的东西copy到to区后，From变成了To；

  • 好处：没有内存碎片
  • 坏处：浪费了内存空间，多了一一般的空间被使用；
  • 在对象存活度较低的情况下，使用复制算法最佳！

标记清除算法

对 用过的对象做个标记；

扫描所有的对象，对对象进行标记；

之后清除 所有的没有标记的对象，进行清除；

  • 优点：不需要额外的空间；
  • 缺点：两次扫描，严重浪费时间，会产生内存碎片；

标记压缩算法

使用压缩，对内存空间再次扫描，向一段 移动存活的对象。

多了一层移动的成本

标记清除算法+标记压缩算法=标记清除压缩算法。

总结

  • 内存效率：复制算法 ＞ 标记清除算法 ＞ 标记压缩算法（时间复杂度）
  • 内存整齐度：复制算法=标记压缩算法 ＞ 标记清除算法
  • 内存利用率：标记压缩算法=标记清除算法 ＞ 复制算法

最优的算法？

只有最合适的算法，没有最好的算法； ---> 分代收集算法

年轻代：

  • 存活率底
  • 复制算法√

老年代：

  • 区域大，存活率高
  • 标记清除（内存碎片不是很多）+标记压缩算法

JMM

什么是JMM？

JMM（Java Mermory Model）java内存模型，是java的缓存一致性协议，用于定义读写的规则。

JMM定义了线程的工作内存和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存（Main Memory）中，期间的每一个线程都是有个自己的本地内存（Local Memory）。

在JVM中只有一个主内存，线程执行后 会copy出来自己的一个内存区域，这是自己的工作区域；

之后数据会变得不一样，为了解决 数据不一致，共享内存的内容可见性的问题，出现了volatile关键字；

volatile关键字

‌volatile是Java中保证多线程可见性和禁止指令重排序的关键字‌，主要用于解决共享变量的内存同步问题。

JMM是一种抽象的观念；

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