03_JVM（Java Virtual Machine）的生命周期

JVM 的生命周期对应一个独立运行的 Java 程序（进程级别），是 JVM 实例从启动→运行→终止的完整过程。

一、启动阶段：JVM 实例的初始化（创建→就绪）

当你执行java 类名命令时，操作系统会创建新进程并初始化 JVM 实例，核心是加载 JVM 运行所需的核心组件和程序入口类。

步骤	核心操作	通俗解释 & 关键说明
1. 创建 JVM 实例	操作系统调用java.exe（Windows）/java（Linux），分配进程内存，初始化类装载子系统、执行引擎、运行时数据区	JVM 先 "搭好架子"，为后续执行程序做准备
2. 加载核心类库	引导类加载器（C++ 实现）加载$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar等核心类（如Object、String）	这是 JVM 的 "基础工具包"，必须最先加载
3. 创建类加载器链	依次创建扩展类加载器（加载jre/lib/ext）、应用类加载器（加载 classpath 下的用户类）	形成「引导→扩展→应用」的类加载器层级，为后续加载用户类做准备
4. 加载并初始化 main 类	应用类加载器加载包含main方法的类，执行静态代码块、静态变量赋值（父类优先初始化）	main类是程序入口，初始化完成后才具备执行条件
5. 解析命令行参数	解析-Xmx512m（堆内存）、-Dkey=value（系统属性）等参数，应用到 JVM 配置	定制 JVM 运行环境，比如调整内存大小

核心特点

• 引导类加载器不继承java.lang.ClassLoader，是类加载的 "根"；
• 初始化顺序：父类静态代码 / 变量 → 子类静态代码 / 变量。

二、运行阶段：程序执行与资源管理（核心阶段）

启动完成后，JVM 进入最长的运行阶段，核心是执行main方法并管理内存、线程、异常等资源。

1. 核心执行逻辑

• 执行入口：调用main方法（非守护线程），触发程序逻辑执行；

• 类加载规则：运行时动态加载未加载的类，遵循双亲委派模型（子类加载器先委托父类加载，父类加载失败才自己加载）；

• 字节码执行方式：

  • 解释执行：逐行解释字节码（启动快、效率低）；
  • JIT 编译：对热点代码（频繁执行的方法 / 循环）编译为机器码（启动慢、执行快）。

2. 核心资源管理

（1）内存管理（运行时数据区）

JVM 通过以下区域管理内存，也是 GC（垃圾回收）的核心操作对象：

区域	作用	核心特点
堆（Heap）	存储对象实例（如new Object()）	GC 主要区域，分为新生代（Eden/Survivor）、老年代
方法区（元空间）	存储类元数据、静态变量、字符串常量池	JDK8 + 用元空间（本地内存）替代永久代，避免永久代溢出
Java 栈	线程私有，存储方法栈帧（局部变量、操作数栈）	每个方法调用对应一个栈帧，方法结束则栈帧出栈
本地方法栈	为native方法（如System.out.println()）提供栈空间	支撑 Java 调用 C/C++ 实现的底层方法
程序计数器	线程私有，存储当前执行的字节码行号	唯一不会抛出OutOfMemoryError的区域

（2）垃圾回收（GC）

• 触发条件：新生代满（Minor GC）、老年代满（Full GC）、手动调用System.gc()（不推荐）；
• 常用回收器：Serial（单线程）、Parallel（吞吐量优先）、G1（分区、低停顿）、ZGC（亚毫秒级停顿）。

（3）线程管理

• 非守护线程（如main线程）：JVM 必须等所有非守护线程结束才会终止；
• 守护线程（如 GC 线程）：由 JVM 管理，不阻止 JVM 终止；
• 线程状态：新建→就绪→运行→阻塞→终止。

（4）异常处理

通过try-catch-finally、throw、throws处理异常，未捕获的异常会终止当前线程，但不影响其他线程。

三、终止阶段：JVM 实例的退出（清理→结束）

当满足终止条件时，JVM 会执行清理操作并退出进程，终止方式分为以下 4 类：

终止方式	触发条件	执行流程	注意事项
正常终止	所有非守护线程执行完毕	JVM 自动清理资源（释放内存、关闭文件句柄）→ 退出进程	最理想的终止方式
显式终止	调用System.exit(int status)/Runtime.getRuntime().exit()	先执行关闭钩子 → 终止所有线程 → 释放资源 → 退出	status=0表示正常退出，非 0 为异常退出
异常终止	未捕获的严重异常（如OutOfMemoryError）	终止异常线程 → 若所有非守护线程结束，则 JVM 退出	可能导致资源未释放
外部终止	操作系统命令（kill -9 PID/taskkill /F /PID）	直接终止进程，不执行任何清理操作	可能引发资源泄漏（如未关闭的数据库连接）

关键机制：关闭钩子（Shutdown Hook）

关闭钩子是 JVM 终止前执行的清理逻辑（如关闭数据库连接、记录日志），仅在正常 / 显式终止时执行（外部终止不执行）。

代码示例：注册关闭钩子

package com.dwl.ex01_类加载子系统;

/**
 * @ClassName JVMShutdownHookDemo
 * @Description JVM关闭钩子（ShutdownHook）演示示例
 *              关闭钩子是JVM在退出前自动执行的线程，用于优雅地清理资源（如关闭数据库连接、释放文件句柄、保存程序状态等）
 * @Version 1.0.0
 * @Date 2026/1/18
 * @Author By Dwl
 */
public class JVMShutdownHookDemo {

    /**
     * 程序入口方法
     * @param args 命令行参数（本示例未使用）
     */
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 注册JVM关闭钩子
        // Runtime.getRuntime()：获取当前应用程序的运行时环境对象，用于与JVM交互
        // addShutdownHook(Thread hook)：向JVM注册一个关闭钩子线程
        // 钩子线程会在JVM即将退出时被启动执行（JVM不保证多个钩子的执行顺序）
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> {
            // 钩子线程的核心逻辑：执行资源清理操作
            System.out.println("===== 执行关闭钩子：开始清理资源 =====");

            // 实际业务场景中，可在这里执行以下操作：
            // 1. 关闭数据库连接池（如JDBC Connection、Redis连接等）
            // closeDBConnection();
            // 2. 释放打开的文件句柄、网络套接字
            // releaseFileHandles();
            // 3. 保存程序运行状态（如内存中的临时数据写入文件）
            // saveProgramState();
            // 4. 记录程序退出日志
            // logExitInfo();

            System.out.println("===== 关闭钩子执行完成：资源清理完毕 =====");
        }, "Custom-Shutdown-Hook-Thread")); // 给钩子线程命名，便于排查问题

        // 2. 模拟程序正常运行逻辑
        System.out.println("程序正常运行中...（等待5秒，可按Ctrl+C或等待自动退出触发钩子）");

        // 模拟程序执行耗时操作（睡眠5秒）
        try {
            // 线程睡眠5秒，模拟业务逻辑执行
            Thread.sleep(5000);
            System.out.println("程序正常执行完毕，即将触发JVM退出...");
        } catch (InterruptedException e) {
            // 捕获线程中断异常（如其他线程中断当前主线程）
            System.out.println("主线程睡眠被中断：" + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }

        // 3. 显式终止JVM（可选）
        // System.exit(0)：主动退出JVM，会触发关闭钩子执行
        // 注：如果注释掉这行，程序执行完main方法后正常退出，也会触发钩子；按Ctrl+C中断程序同样会触发
        // System.exit(0);
    }

    // ---------------------- 以下为示例业务方法（注释掉仅作演示） ----------------------
    /**
     * 示例：关闭数据库连接
     */
    // private static void closeDBConnection() {
    //     System.out.println("关闭数据库连接池...");
    //     // 实际代码：关闭Connection、释放连接池资源等
    // }

    /**
     * 示例：保存程序运行状态
     */
    // private static void saveProgramState() {
    //     System.out.println("保存程序临时状态到文件...");
    //     // 实际代码：将内存中的数据写入本地文件/数据库
    // }
}

关闭钩子注意事项

1. 逻辑要简短，避免耗时操作（否则可能导致 JVM 无法正常终止）；
2. 不要调用System.exit()（会引发死循环）；
3. 多个钩子的执行顺序不确定。

四、JVM 生命周期流程图

正常终止（非守护线程结束）
显式终止（System.exit）
异常终止（未捕获异常）
外部终止（kill -9）
执行java命令
启动阶段：创建JVM实例→加载核心类库→初始化main类
运行阶段：执行main方法→动态加载类→内存/线程/异常管理
终止条件？
执行关闭钩子→清理资源→JVM退出
终止异常线程→若所有非守护线程结束→JVM退出
直接终止进程→无清理操作

五、核心特性与实际应用建议

1. 核心特性

• 进程隔离：每个 Java 程序对应一个独立的 JVM 实例，实例间相互隔离；
• 不可逆性：JVM 实例终止后，无法重启，需重新执行java命令创建新实例；
• 守护线程不阻终止：仅非守护线程会决定 JVM 的生命周期。

2. 实际应用建议

• 避免内存泄漏：及时移除静态集合中的无用对象，防止对象被长期持有；
• 优化 GC 性能：根据业务场景调整堆大小（-Xms/-Xmx）、选择合适的 GC（如高并发场景用 G1/ZGC）；
• 合理使用关闭钩子：仅执行必要的清理操作，避免复杂逻辑；
• 处理未捕获异常：通过Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler()设置全局异常处理器，避免程序崩溃。

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总结

1. JVM 生命周期分为启动（初始化核心组件）、运行（执行程序 + 管理资源）、终止（清理 + 退出）三个核心阶段；
2. 双亲委派模型、GC、关闭钩子是各阶段的核心机制，直接影响程序稳定性和性能；
3. 外部终止（如kill -9）会跳过清理流程，实际开发中应优先通过正常 / 显式方式终止 JVM

JVM（Java Virtual Machine）的生命周期 核心考点记忆口诀

启创环境加载类，运行执码管线程；满足条件即消亡，资源释放无残留。

• 逐句拆解：

  1. 启创环境加载类：JVM 启动时先初始化内存分区、类加载子系统等核心环境，再加载入口类（如含 main 方法的类）和核心类库（rt.jar）；
  2. 运行执码管线程：运行阶段核心是执行字节码指令，同时管理用户线程 / 守护线程（线程状态是退出的关键），还包含类的链接 / 初始化、GC 等操作；
  3. 满足条件即消亡：触发退出条件（如下文）时，JVM 进入终止流程；
  4. 资源释放无残留：JVM 销毁时会彻底释放内存、CPU 等系统资源，无残留占用。

JVM 消亡的核心触发条件：

• 所有非守护线程执行完毕（最常见）；
• 主动调用System.exit(int)方法；
• 虚拟机被外部终止（如 kill 命令、任务管理器结束）；
• 严重异常 / 错误导致虚拟机崩溃（如 OOM 未处理）。