java虚拟机知识点有哪些

# Java虚拟机知识点有哪些 Java虚拟机（JVM）是Java技术的核心，理解JVM的工作原理对开发高性能、稳定的Java应用至关重要。本文将系统介绍JVM的核心知识点，包括内存结构、垃圾回收、类加载机制等关键内容。 ## 一、JVM概述 ### 1.1 什么是JVM Java虚拟机（Java Virtual Machine）是一个虚拟的计算机，它通过软件模拟硬件计算机的功能。JVM的主要作用是执行Java字节码（.class文件），实现"一次编写，到处运行"的跨平台特性。 ### 1.2 JVM的组成 JVM由三个主要子系统组成： - 类加载子系统（Class Loader Subsystem） - 运行时数据区（Runtime Data Areas） - 执行引擎（Execution Engine） ## 二、JVM内存结构 ### 2.1 程序计数器（Program Counter Register） - 线程私有，记录当前线程执行的字节码行号指示器 - 执行Java方法时记录正在执行的虚拟机字节码指令地址 - 执行native方法时值为空（Undefined） ### 2.2 Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks） - 线程私有，生命周期与线程相同 - 存储栈帧（Stack Frame），每个方法调用对应一个栈帧 - 栈帧包含： - 局部变量表（Local Variables） - 操作数栈（Operand Stack） - 动态链接（Dynamic Linking） - 方法返回地址（Return Address） ### 2.3 本地方法栈（Native Method Stack） - 为JVM使用到的native方法服务 - 与虚拟机栈类似，也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError ### 2.4 Java堆（Java Heap） - 所有线程共享的内存区域 - 存储对象实例和数组 - GC管理的主要区域 - 可分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation） ### 2.5 方法区（Method Area） - 存储已被加载的类信息、常量、静态变量等 - JDK 8之前称为"永久代"（PermGen），之后改为元空间（Metaspace） - 运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分 ## 三、垃圾回收机制 ### 3.1 垃圾回收基本概念 - 判断对象是否存活的算法： - 引用计数法（Reference Counting） - 可达性分析算法（Reachability Analysis） ### 3.2 垃圾回收算法 1. **标记-清除算法（Mark-Sweep）** - 标记所有需要回收的对象 - 统一回收被标记的对象 - 会产生内存碎片 2. **复制算法（Copying）** - 将内存分为两块，每次使用一块 - 将存活对象复制到另一块，清理当前块 - 适用于新生代回收 3. **标记-整理算法（Mark-Compact）** - 标记过程与标记-清除相同 - 让所有存活对象向一端移动 - 适用于老年代回收 4. **分代收集算法（Generational Collection）** - 新生代使用复制算法 - 老年代使用标记-清除或标记-整理算法 ### 3.3 垃圾收集器 - **Serial收集器**：单线程，新生代收集器 - **ParNew收集器**：Serial的多线程版本 - **Parallel Scavenge收集器**：吞吐量优先的新生代收集器 - **CMS收集器**（Concurrent Mark Sweep）：低停顿的老年代收集器 - **G1收集器**（Garbage-First）：面向服务端的收集器 - **ZGC收集器**：JDK 11引入的低延迟收集器 ## 四、类加载机制 ### 4.1 类加载过程 1. **加载（Loading）** - 通过类的全限定名获取二进制字节流 - 将字节流转化为方法区的运行时数据结构 - 在堆中生成对应的Class对象 2. **验证（Verification）** - 文件格式验证 - 元数据验证 - 字节码验证 - 符号引用验证 3. **准备（Preparation）** - 为类变量分配内存并设置初始值 4. **解析（Resolution）** - 将符号引用转换为直接引用 5. **初始化（Initialization）** - 执行类构造器<clinit>()方法 ### 4.2 类加载器 - **启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）** - 加载JAVA_HOME/lib目录下的核心类库 - **扩展类加载器（Extension ClassLoader）** - 加载JAVA_HOME/lib/ext目录下的扩展类 - **应用程序类加载器（Application ClassLoader）** - 加载用户类路径（ClassPath）上的类 - **自定义类加载器** - 用户自定义的类加载器 ### 4.3 双亲委派模型 - 工作流程： 1. 类加载器收到加载请求 2. 先将请求委派给父类加载器 3. 只有当父类加载器无法完成加载时，子加载器才尝试加载 - 优点： - 避免重复加载 - 保证核心类库的安全 ## 五、JVM性能调优 ### 5.1 常用JVM参数 - 堆内存设置： - -Xms：初始堆大小 - -Xmx：最大堆大小 - -Xmn：新生代大小 - 垃圾收集器选择： - -XX:+UseSerialGC - -XX:+UseParallelGC - -XX:+UseConcMarkSweepGC - -XX:+UseG1GC ### 5.2 调优工具 - jps：查看Java进程 - jstat：监控JVM统计信息 - jmap：生成堆转储快照 - jstack：生成线程快照 - VisualVM：图形化监控工具 - JProfiler：商业性能分析工具 ## 六、总结 JVM是Java技术的核心，理解JVM的工作原理对于开发高性能Java应用至关重要。本文介绍了JVM的内存结构、垃圾回收机制、类加载机制等核心知识点。掌握这些知识不仅有助于编写更高效的代码，还能在遇到性能问题时快速定位和解决。深入学习JVM需要结合实践，通过监控工具分析应用运行状况，不断调整JVM参数以获得最佳性能。随着Java版本的更新，JVM也在不断演进，开发者需要持续关注新特性和优化点。

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