JVM理论（一）基础概念

news2024/11/14 20:52:55

JVM概述

JVM就是二进制字节码的运行环境,负责装载字节码到其内存,解释/编译为对应平台上的机器指令执行,每条java指令在java虚拟机规范中都有详细定义,包括如何取、处理操作数等;
JVM特点如下

一次编译,到处运行（各CPU的架构不同的情况下JVM为了实现跨平台,字节码指令不能采用寄存器方式执行,目前都是按照栈的方式存取的;栈的特点就是指令多,指令集小,可跨平台）
自动内存管理
自动垃圾回收功能

目前实现JVM规范的主流的虚拟机包括Hotspot，JRocket，J9；

hotspot属于Oracle产品,目前占有绝对的市场地位

过去主流的jdk6以及目前主流的jdk8,以及sun/open jdk中的JVM默认都是hotspot;
方法区的概念只有在hotspot中存在,在J9以及JRocket不存在;
通过执行引擎中的解释器和JIT编译器(也称为后端编译器,java源代码编译为字节码文件中的编译器称为前端编译器,它们统一称为编译器)协同工作,在最优化的响应时间(主要体现在解释器)和最佳执行性能(主要通过JIT)取得平衡

在商用领域,JRocket也是比较流行的虚拟机,它和Hotspot都属于Oracle产品,而且它尤其专注于服务器端应用领域

属于IBM产品,在商用领域比较有影响力的JVM之一

sun jdk最初是sun公司非开源产品,而openjdk属于Oracle开源的产品;虽然Sun JDK和OpenJDK是Java开发工具包（JDK）的两种不同实现,但是从功能和性能上来说，Sun JDK和OpenJDK现在基本认为是相同的;而hotspot虚拟机是openjdk默认的虚拟机

Java虚拟机的启动是通过引导类加载器bootstrap classloader 创建一个初始类来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现(如Hotspot,J9等)指定的

一个运行的java虚拟机有一个虚拟机进程专门执行java程序,程序开始执行它才运行,程序结束时它就停止

程序正常执行结束,比如我正常关闭了应用服务器
程序在执行过程中遇到异常或者错误而终止
操作系统出现错误而导致JVM虚拟机终止
程序调用了runtime或者system的exit方法，强制退出JVM

JVM主要由三大部分组成,分别是类加载子系统,运行时数据区,执行引擎

类加载器通过执行加载、链接(验证->准备->解析)、初始化后将字节码文件(java源代码使用编译器(javac)编译为字节码文件)加载到内存(即运行时数据区的方法区中);

包括堆,方法区,虚拟机栈,本地方法栈,程序计数器,JVM会将不同类型的对象分配到堆,栈,方法区中,其中：

扩展

作用是将加载到内存中方法区的字节码指令解释为机器指令,然后申请CPU资源解释执行;主要由解释器,JIT即时编译器,GC组成,其中：

解释器(Interpreter): 按照字节码指令逐条解释执行,可以快速启动,但执行速度相对较慢。
即时编译器(Just-in-Time Compiler,JIT): 将热点代码（被频繁执行的代码）编译为本地机器码,以提高执行速度。JIT会对统计信息进行分析,并对经常执行的代码进行动态优化。
垃圾回收(Garbage Collection): JVM通过垃圾回收机制自动管理内存，并释放不再使用的对象内存空间,垃圾回收过程主要包括以下步骤:
- a. 标记(Marking): 标记存活的对象
- b. 清除(Sweeping): 清除或回收未标记的对象
- c. 压缩(Compacting): 对存活对象进行整理，消除内存碎片
- d. 分代(Generational): 根据对象的生命周期将内存分为不同的代(Generation),一般将堆分为新生代和老年代,根据对象存活时间的不同采用不同的回收算法

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