JVM 入门学习笔记（内存模型 / GC / 类加载机制）

整理一下基本概念，因为遇到了本地线程无法创建的问题，回顾一下基本JVM的，有利于解决所需要的理论知识

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一、JVM 内存模型

1. 什么是 JVM

JVM（Java Virtual Machine）本质上是：

Java代码的运行环境

Java代码不会直接运行在操作系统上。

而是：

Java代码
   ↓
编译成.class字节码
   ↓
JVM解释执行

所以 JVM 本质上是：

Java程序和操作系统之间的一层中间层

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二、堆和栈到底是什么

这是 JVM 最核心概念。

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1. 栈（Stack）

栈是：

线程私有的运行空间

每个线程：

都有自己的栈

例如：

• main线程
• Tomcat工作线程
• GC线程

都有自己的栈。

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2. 栈里存什么

栈主要存：

• 方法调用
• 局部变量
• 基本类型
• 对象引用地址

例如：

User user = new User();
int age = 18;

运行时：

栈：
user = 对象地址
age = 18

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3. 堆（Heap）

堆是：

所有线程共享的对象存储区

真正对象：

放在堆里

例如：

new User()

会进入：

Heap（堆）

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4. 栈和堆的关系

栈(Stack)                  堆(Heap)

user  ───────────────→   User对象
                           name
                           age
                           phone

核心：

栈保存地址
堆保存真正对象

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三、为什么对象不直接放栈里

因为：

对象可能很大
生命周期不确定

例如：

• List
• Map
• JSON
• Redis缓存对象
• Spring Bean

如果都放栈里：

线程内存会瞬间爆炸

所以 JVM 设计成：

区域	作用
栈	快速执行方法
堆	管理大量对象

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四、线程、HTTP请求、栈之间关系

很多人误会：

HTTP请求来了才创建栈

其实不是。

真正是：

线程创建时
栈就已经存在

核心：

一个线程 = 一个虚拟机栈

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SpringBoot 启动时

JVM 会创建很多线程：

• main线程
• GC线程
• Tomcat线程
• 定时任务线程

每个线程：

都有自己的栈

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五、虚拟机栈 vs 本地方法栈

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1. Java虚拟机栈

负责：

Java方法运行

例如：

• Controller
• Service
• DAO

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2. 本地方法栈

负责：

Native方法运行

例如：

• 文件IO
• 网络IO
• 操作系统调用
• 创建线程

很多 JVM 底层能力：

实际上是C/C++实现

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六、GC（垃圾回收）到底是什么

GC：

Garbage Collection

即：

垃圾回收

负责：

回收堆中的无用对象

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七、OOM（内存溢出）是什么

最经典：

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

表示：

堆满了

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OOM 本质

不是简单：

GC太慢

真正本质：

对象创建速度
>
对象释放速度

或者：

对象一直被引用
无法回收

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八、GC Roots 与可达性分析

这是 JVM GC 核心。

GC 并不会判断：

对象有没有业务价值

而是判断：

还能不能找到对象

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1. 什么是 GC Roots

GC Roots：

GC扫描的起点

常见 GC Roots：

类型	示例
栈引用	方法里的变量
static变量	静态缓存
正在运行线程	Thread
常量引用	String常量池

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2. GC 扫描逻辑

GC Roots
   │
   ├──── 能找到对象
   │         │
   │         └──── 对象存活
   │
   └──── 找不到对象
             │
             └──── 对象死亡

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3. 为什么 static 容易OOM

例如：

static Map cache = new HashMap();

因为：

static属于GC Roots

所以：

cache中的对象长期可达
GC不敢删

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4. 为什么 ThreadLocal 容易泄漏

因为：

线程本身是GC Roots

Tomcat线程池长期存在。

所以：

ThreadLocalMap中的对象
长期无法回收

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九、分代垃圾回收机制

JVM发现：

大部分对象生命周期很短

所以：

把不同生命周期对象分开管理

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1. 堆结构

堆
├── 新生代
└── 老年代

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十、新生代

新对象：

先进入新生代

结构：

新生代
├── Eden
├── Survivor From
└── Survivor To

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对象流转

new对象
   │
   ▼
Eden
   │
   ▼
Minor GC
   │
   ├── 死亡 → 回收
   └── 存活 → Survivor
                    │
                    ▼
              多次存活
                    │
                    ▼
                 老年代

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十一、Minor GC 和 Full GC

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1. Minor GC

触发时机：

Eden区满了

特点：

• 频繁
• 快
• 回收年轻对象

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2. Full GC

触发时机：

老年代空间不足

特点：

• 很慢
• Stop The World
• 扫描整个堆

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十二、GC 什么时候执行

GC 并不是：

方法结束立即执行

而是：

内存不够时触发

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正确流程

方法结束
   │
   ▼
对象失去引用
   │
   ▼
变成"可回收对象"
   │
   ▼
等待GC触发
   │
   ▼
GC扫描
   │
   ▼
真正回收

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十三、类加载机制

Java类不会自动进入JVM。

必须：

ClassLoader加载

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JVM默认三层类加载器

Application ClassLoader
            ↑
Extension ClassLoader
            ↑
Bootstrap ClassLoader

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各自职责

类加载器	负责内容
Bootstrap	JDK核心类
Extension	扩展类库
Application	业务代码

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十四、双亲委派机制

核心思想：

加载类时
先问父加载器
父加载不了
自己再加载

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加载流程

Application收到请求
   │
   ▼
先问Extension
   │
   ▼
Extension问Bootstrap
   │
   ▼
Bootstrap能加载？
   │
 ┌─┴───────┐
 │          │
能         不能
 │          │
Bootstrap   返回下层
加载         │
             ▼
       最终Application加载

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十五、双亲委派为什么重要

1. 防止核心类被篡改

例如：

java.lang.String

只能由：

Bootstrap加载

业务代码无法替换。

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2. 防止类重复加载

JVM 中：

类名 + ClassLoader
=
唯一类

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3. 保证安全隔离

Tomcat 能同时运行多个项目：

因为每个项目有自己的ClassLoader

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十六、今天最核心的理解

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JVM 内存

栈：线程私有
堆：对象存储

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GC

GC判断对象是否死亡
看的是：
还能不能从GC Roots找到

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分代GC

不同生命周期对象
采用不同回收策略

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双亲委派

本质是：
优先级 + 安全机制

防止：

• 核心类被覆盖
• 类重复加载
• 恶意注入

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十八、现实世界类比总结（帮助真正理解）

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1. JVM 像什么？

JVM 可以理解成：

Java程序的"操作系统"

它负责：

• 管理内存
• 管理线程
• 管理对象
• 管理类加载
• 管理垃圾回收

就像：

一个大型公司的总管理系统

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2. 栈（Stack）像什么？

栈像：

每个员工自己的办公桌

特点：

• 私有
• 快速
• 临时
• 方法结束立刻清理

所以：

一个线程 = 一张办公桌

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3. 堆（Heap）像什么？

堆像：

公司公共仓库

所有线程：

共享这个仓库

真正的大对象：

• List
• Map
• Bean
• DTO
• JSON

都放在这里。

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4. 对象引用像什么？

代码：

User user = new User();

本质像：

办公桌上放着"仓库货架编号"

即：

栈里放地址
堆里放真正对象

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5. GC 像什么？

GC 像：

公司保洁 + 仓库管理员

负责：

清理没人使用的物品

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6. GC Roots 像什么？

GC Roots 像：

公司总台登记系统

GC 会从"总台记录"开始查：

这个东西还有没有人能找到

如果：

还能找到

说明：

对象还活着

否则：

对象死亡

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7. Minor GC 像什么？

Minor GC 像：

快递临时区清理

因为：

大部分快递当天就会拿走

所以：

清理特别快

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8. 老年代像什么？

老年代像：

公司长期仓库

放：

• 核心设备
• 长期资产
• 大型机器

特点：

东西多
清理慢

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9. Full GC 像什么？

Full GC 像：

整个公司停工大扫除

所以：

会暂停业务

即：

Stop The World

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10. 双亲委派像什么？

双亲委派像：

公司逐级审批制度

基层：

不能直接覆盖总部规定

必须：

先问上级

这就是：

先委派父加载器

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11. Bootstrap ClassLoader 像什么？

Bootstrap 类加载器像：

公司董事长 / 国家中央系统

负责：

最核心最重要的类

例如：

• String
• Object
• Thread
• Class

这些：

绝对不能被业务代码替换

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12. ThreadLocal 为什么容易泄漏？

ThreadLocal 像：

员工工位抽屉

如果：

员工一直不离职

抽屉里的东西：

永远不会被清理

Tomcat线程池就是这样。

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13. OOM 像什么？

OOM 像：

仓库塞满了

可能因为：

• 东西产生太快
• 垃圾清理太慢
• 有人一直占着不丢

最终：

仓库彻底放不下

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十九、最终一句总结

JVM 最核心其实只有一句话：

对象如何创建
对象如何存活
对象如何死亡

而：

• 内存模型
• GC
• 类加载

本质上都是围绕：

对象生命周期管理

展开的。