浅谈 java 虚拟机 JVM

客官°小女子只卖身不卖艺 2023-10-13 15:59 23阅读 0赞

> ## 前言 ##
> 
> 小亭子正在努力的学习编程，接下来将开启JavaEE的学习~~
> 
> 分享的文章都是学习的笔记和感悟，如有不妥之处希望大佬们批评指正~~
> 
> 同时如果本文对你有帮助的话，烦请点赞关注支持一波, 感激不尽~~

**目录**

前言

JVM中的内存划分

JVM的类加载机制

1.加载 ：

2.验证：

3.准备：

4.解析：

5.初始化

双亲委派模型

JVM中的垃圾回收机制 （ GC）

GC主要分为两个阶段：

找谁是垃圾

1.引用计数：

2.可达性分析

释放内存

标记清除

复制算法

标记整理

垃圾收集器

⾯试题 :

--------------------

## JVM中的内存划分 ##

java其实就是一个java进程，会从操作系统中申请一大块内存区域给java代码使用，并进一步划分给出不同的用途。

JVM 运行时数据区域也叫内存布局，但需要注意的是它和 Java 内存模型（(Java MemoryModel，简称JMM）完全不同，属于完全不同的两个概念，它由以下 5 大部分组成：

![2ccd1fb3ef8a4ca7a750fbff56748838.png][]

*  程序计数器： 用途是记录当前程序执行到那个指令了，里面是简单的long 类型的变量存了一个内存地址，这个内存地址就是下一个要执行的字节码所在的地址。
 *  本地方法栈：是给JVM内部的本地方法使用的【JVM内部是c++实现的】
 *  虚拟机栈：是给java代码使用的
 *  堆：程序中创建的所有对象都在保存在堆中
 *  方法区/元数据区：用来存储被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据的。

注意：堆和元数据区【共享的】，在一个JVM中只有一个，栈和程序计数器则是有多份，每个线程都有一份【线程私有的】。

其中，最核心的区域：

**1.堆 ：new 出来的对象，【成员变量】**

**2.栈 ： 维护方法之间的调用关系 【局部变量】**

**3. 方法区/元数据区 /元空间 ：放的是类加载之后的类对象 【静态变量】**

![1ab3322bdb3545c0908a1eb271b93bf2.png][]

--------------------

## JVM的类加载机制 ##

类加载的过程：把 .class 文件加载到内存，得到类对象这样的过程![d0c99408adb3451b997ef2840b99e6e1.png][]

**分为五步：加载，验证，准备，解析，初始化**

#### 1.加载 ： ####

找到.class文件，并读文件内容

#### 2.验证： ####

验证选项：  
文件格式验证  
字节码验证  
符号引用验证...

.class文件有明确的数据格式（二进制的）

![45e84d36a6c34589b4aa9c220915d423.png][]

#### 3.准备： ####

给类对象分配内存空间（未初始化的空间，数据全是0的，类对象中的静态变量啥的全是0，相当于租了个毛坯房）

#### 4.解析： ####

针对字符串常量进行初始化【字符串常量池中的符号引用替换为直接引用的过程】

相当于之前是只知道彼此之间的相对位置，这时候字符串常量就是符号引用，真正加载到内存中就会把字符串常量填充到内存的特定位置上，字符串之间的相对位置还是一样，但是这些字符串有了自己真正的内存地址。此时的字符串就是直接引用（java中的普通引用）

【打个比方：开学排座位的时候，学校通知按照学号排，你只知道你前面一个位置是小明的，但是你不知道你具体坐在第几排，排好座位以后你知道了自己在第三排，小明在第二排，你们知道了自己的具体位置，并且你们之间的相对位置没变，小明还是在你前面一个。】

#### 5.初始化 ####

针对类对象进行初始化（初始化静态成员，执行静态代码块，类要是有父类还需要加载父类）

注意：类加载这个动作不是JVM一启动就把所有.class文件都加载的，整体是一个“懒加载”的策略（懒汉模式），非必要不加载。

所谓的“必要”情况：

1.  创建了这个类的实例
2.  使用了这个类的静态方法/属性
3.  使用了子类，会触发父类的加载

> ### 双亲委派模型 ###
> 
> 【说在前面：双亲其实只有一个准确的说是父亲，（都是翻译的锅）】
> 
> JVM中加载类，需要用到一组特殊的模块，类加载器，JVM内置了三个类加载器（程序员也可以定义自己的类加载器）
> 
> 1.  BootStrap ClassLoader：启动类加载器：加载 JDK 中 lib ⽬录中 Java 的核⼼类库，即$JAVA\_HOME/lib⽬录
> 2.  Exttension ClassLoader ：扩展类加载器。加载 lib/ext ⽬录下的类，非标准的但是是Sun/Oreacle 扩展的库的类库
> 3.  Application ClassLoader：应⽤程序类加载器。负责加载项目中自己写的类，以及第三方库中的类。
> 
> 具体加载一个类的过程：  
> ![f6ce03c78d91454f85f070ebb6f79c57.png][]注意：双亲委派模型是可以打破的，比如tomcat就没有遵守

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## JVM中的垃圾回收机制 （ GC） ##

垃圾回收机制主要是帮助程序员自动释放内存的

【这里说的是基本思想，JVM具体是怎么实现的，这个问题很复杂，就不讨论了】

> 程序计数器，就是单纯存地址的整数，跟随线程一起销毁
> 
> 栈，方法调用完毕，方法的局部变量也随着线程一起销毁
> 
> 元数据区，存的是类对象，很少会“卸载”
> 
> 所以，**堆就是GC的主要目标**
> 
> GC是以对象为单位进行释放的，【说是释放内存，其实就是释放对象】

### GC主要分为两个阶段： ###

找谁是垃圾，释放内存

#### 找谁是垃圾 ####

一个对象，如果后序不在用了，就可以认为是 垃圾

java中使用一个对象，只能通过引用，所以java单纯地通过引用有没有指向来判定是不是垃圾

通常有两种方法：**引用计数，可达性分析**

##### 1.引用计数： #####

给对象安排一个额外的空间，保存一个整数，表示该对象有指向【java没有使用这个方法，Python，php用了】

![2f08adfecf6c4af081a7df9f59308b34.png][]

##### 2.可达性分析 #####

把对象之间的引用关系理解成一个树形结构，从一些特殊的起点出发。进行遍历，只要遍历能访问到的对象就是“可达”的，再把“不可达”的当做垃圾即可。

![a7204b1d94b240debcc7fd7700e12c10.png][]

可达性分析关键要点进行上述遍历需要有 “起点”

1.  栈上的局部变量（每个栈的每个局部变量都是起点。）
2.  常量池中引用的对象
3.  方法区中静态成员引用的对象。

> 可达性分析总的来说就是从所有的gc roots的起点出发，看看该对象里又通过引用能访问哪些对象，顺藤摸瓜的，把所有可以访问的对象都给变了一遍。便利的同时把对象标记成可达，剩下的自然就是不可达。
> 
> 可达性分析克服了引用技术的两个缺点。但是也有自己的问题。
> 
> 1.  因为要遍历所有对象，需要消耗更多的时间，因此某个对象成了垃圾，也不能第一时间发现。
> 2.  在进行可达性分析的时候要顺藤摸瓜，一旦这个过程中当前代码中引对象的引用关系发生了变化，就会出现问题。【STW问题（让其他业务线暂停），现在已经能很好的应对了】

#### 释放内存 ####

有三种策略：**标记清除，复制算法，标记整理**

##### 标记清除 #####

![b6b5236b1ec44c5691c9c5159a0674b2.png][]

缺点：内存碎片化

##### 复制算法 #####

![847a046b3ff84ebbb52854b7e7698235.png][]

缺点：

内存空间利用率低，复制成本高

##### 标记整理 #####

![a8adbf199b404057bead9a9d5c6815f0.png][]

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上述三种策略都有缺点，所以，实际上 JVM 的实现思路，是结合了上述几种思想方法，针对不同情况采取不同策略，产生了 ：**分代回收思想**

![65637903dc904905a3a5b29dfe823ec7.png][]

#### 垃圾收集器 ####

如果说上⾯我们讲的收集算法是内存回收的⽅法论，那么垃圾收集器就是内存回收的具体实现。

【本文就不介绍了。】

####    ⾯试题 : ####

> 请问了解Minor GC和Full GC么，这两种GC有什么不⼀样吗？
> 
> 1. Minor GC⼜称为新⽣代GC : 指的是发⽣在新⽣代的垃圾收集。因为Java对象⼤多都具备朝⽣夕灭的特性，因此MinorGC(采⽤复制算法)⾮常频繁，⼀般回收速度也⽐较快。
> 
> 2. Full GC ⼜称为 ⽼年代GC或者Major GC : 指发⽣在⽼年代的垃圾收集。出现了Major GC，经常会伴随⾄少⼀次的MinorGC(并⾮绝对，在Parallel Scavenge收集器中就有直接进⾏Full GC的策略选择过程)。Major GC的速度⼀般会⽐MinorGC慢10倍以上

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