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

一、JVM 内存模型

1. 什么是 JVM

JVM（Java Virtual Machine）本质上是：

text 复制代码

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：

text 复制代码

Java代码
   ↓
编译成.class字节码
   ↓
JVM解释执行

所以 JVM 本质上是：

text 复制代码

Java程序和操作系统之间的一层中间层

二、堆和栈到底是什么

这是 JVM 最核心概念。

1. 栈（Stack）

栈是：

text 复制代码

线程私有的运行空间

每个线程：

text 复制代码

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。

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：

java 复制代码

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

运行时：

text 复制代码

栈：
user = 对象地址
age = 18

3. 堆（Heap）

堆是：

text 复制代码

所有线程共享的对象存储区

真正对象：

text 复制代码

放在堆里

例如：

java 复制代码

new User()

会进入：

text 复制代码

Heap（堆）

4. 栈和堆的关系

text 复制代码

栈(Stack)                  堆(Heap)

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

核心：

text 复制代码

栈保存地址
堆保存真正对象

三、为什么对象不直接放栈里

因为：

text 复制代码

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：

text 复制代码

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

四、线程、HTTP请求、栈之间关系

很多人误会：

text 复制代码

HTTP请求来了才创建栈

其实不是。

真正是：

text 复制代码

线程创建时
栈就已经存在

核心：

text 复制代码

一个线程 = 一个虚拟机栈

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：

text 复制代码

都有自己的栈

五、虚拟机栈 vs 本地方法栈

1. Java虚拟机栈

负责：

text 复制代码

Java方法运行

例如：

Controller
Service
DAO

2. 本地方法栈

负责：

text 复制代码

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：

text 复制代码

实际上是C/C++实现

六、GC（垃圾回收）到底是什么

GC：

text 复制代码

Garbage Collection

即：

text 复制代码

垃圾回收

负责：

text 复制代码

回收堆中的无用对象

七、OOM（内存溢出）是什么

最经典：

text 复制代码

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

表示：

text 复制代码

堆满了

OOM 本质

不是简单：

text 复制代码

GC太慢

真正本质：

text 复制代码

对象创建速度
>
对象释放速度

或者：

text 复制代码

对象一直被引用
无法回收

八、GC Roots 与可达性分析

这是 JVM GC 核心。

GC 并不会判断：

text 复制代码

对象有没有业务价值

而是判断：

text 复制代码

还能不能找到对象

1. 什么是 GC Roots

GC Roots：

text 复制代码

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

2. GC 扫描逻辑

text 复制代码

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

3. 为什么 static 容易OOM

例如：

java 复制代码

static Map cache = new HashMap();

因为：

text 复制代码

static属于GC Roots

所以：

text 复制代码

cache中的对象长期可达
GC不敢删

4. 为什么 ThreadLocal 容易泄漏

因为：

text 复制代码

线程本身是GC Roots

Tomcat线程池长期存在。

所以：

text 复制代码

ThreadLocalMap中的对象
长期无法回收

九、分代垃圾回收机制

JVM发现：

text 复制代码

大部分对象生命周期很短

所以：

text 复制代码

把不同生命周期对象分开管理

1. 堆结构

text 复制代码

堆
├── 新生代
└── 老年代

十、新生代

新对象：

text 复制代码

先进入新生代

结构：

text 复制代码

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

对象流转

text 复制代码

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

十一、Minor GC 和 Full GC

1. Minor GC

触发时机：

text 复制代码

Eden区满了

特点：

频繁
快
回收年轻对象

2. Full GC

触发时机：

text 复制代码

老年代空间不足

特点：

很慢
Stop The World
扫描整个堆

十二、GC 什么时候执行

GC 并不是：

text 复制代码

方法结束立即执行

而是：

text 复制代码

内存不够时触发

正确流程

text 复制代码

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

十三、类加载机制

Java类不会自动进入JVM。

必须：

text 复制代码

ClassLoader加载

JVM默认三层类加载器

text 复制代码

Application ClassLoader
            ↑
Extension ClassLoader
            ↑
Bootstrap ClassLoader

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

十四、双亲委派机制

核心思想：

text 复制代码

加载类时
先问父加载器
父加载不了
自己再加载

加载流程

text 复制代码

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

十五、双亲委派为什么重要

1. 防止核心类被篡改

例如：

java 复制代码

java.lang.String

只能由：

text 复制代码

Bootstrap加载

业务代码无法替换。

2. 防止类重复加载

JVM 中：

text 复制代码

类名 + ClassLoader
=
唯一类

3. 保证安全隔离

Tomcat 能同时运行多个项目：

text 复制代码

因为每个项目有自己的ClassLoader

十六、今天最核心的理解

JVM 内存

text 复制代码

栈：线程私有
堆：对象存储

GC

text 复制代码

GC判断对象是否死亡
看的是：
还能不能从GC Roots找到

分代GC

text 复制代码

不同生命周期对象
采用不同回收策略

双亲委派

text 复制代码

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

十八、现实世界类比总结（帮助真正理解）

1. JVM 像什么？

JVM 可以理解成：

text 复制代码

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：

text 复制代码

一个大型公司的总管理系统

2. 栈（Stack）像什么？

栈像：

text 复制代码

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：

text 复制代码

一个线程 = 一张办公桌

3. 堆（Heap）像什么？

堆像：

text 复制代码

公司公共仓库

所有线程：

text 复制代码

共享这个仓库

真正的大对象：

List
Map
Bean
DTO
JSON

都放在这里。

4. 对象引用像什么？

代码：

java 复制代码

User user = new User();

本质像：

text 复制代码

办公桌上放着"仓库货架编号"

即：

text 复制代码

栈里放地址
堆里放真正对象

5. GC 像什么？

GC 像：

text 复制代码

公司保洁 + 仓库管理员

负责：

text 复制代码

清理没人使用的物品

6. GC Roots 像什么？

GC Roots 像：

text 复制代码

公司总台登记系统

GC 会从"总台记录"开始查：

text 复制代码

这个东西还有没有人能找到

如果：

text 复制代码

还能找到

说明：

text 复制代码

对象还活着

否则：

text 复制代码

对象死亡

7. Minor GC 像什么？

Minor GC 像：

text 复制代码

快递临时区清理

因为：

text 复制代码

大部分快递当天就会拿走

所以：

text 复制代码

清理特别快

8. 老年代像什么？

老年代像：

text 复制代码

公司长期仓库

放：

核心设备
长期资产
大型机器

特点：

text 复制代码

东西多
清理慢

9. Full GC 像什么？

Full GC 像：

text 复制代码

整个公司停工大扫除

所以：

text 复制代码

会暂停业务

即：

text 复制代码

Stop The World

10. 双亲委派像什么？

双亲委派像：

text 复制代码

公司逐级审批制度

基层：

text 复制代码

不能直接覆盖总部规定

必须：

text 复制代码

先问上级

这就是：

text 复制代码

先委派父加载器

11. Bootstrap ClassLoader 像什么？

Bootstrap 类加载器像：

text 复制代码

公司董事长 / 国家中央系统

负责：

text 复制代码

最核心最重要的类

例如：

String
Object
Thread
Class

这些：

text 复制代码

绝对不能被业务代码替换

12. ThreadLocal 为什么容易泄漏？

ThreadLocal 像：

text 复制代码

员工工位抽屉

如果：

text 复制代码

员工一直不离职

抽屉里的东西：

text 复制代码

永远不会被清理

Tomcat线程池就是这样。

13. OOM 像什么？

OOM 像：

text 复制代码

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：

text 复制代码

仓库彻底放不下

十九、最终一句总结

JVM 最核心其实只有一句话：

text 复制代码

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：

text 复制代码

对象生命周期管理

展开的。