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JVM虚拟机--JVM的组成

news 来源：原创 2025/8/10 5:47:15

(一)JVM的组成

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一、JVM介绍

（1）JVM的作用

我们知道，Java代码要想在计算机中正常运行，就需要经过编译为class二进制字节码文件，而JVM就提供了class二进制字节码的运行环境。
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一次编写，到处运行
因为JVM是运行在操作系统当中的，通过屏蔽掉不同操作系统之间的差异，来实现自己作为跨平台语言的这种特性。因为无论在任何操作系统当中真正运行代码的不是这些操作系统，而是JVM，所以才能做到一次编写，到处运行。
自动内存管理，垃圾回收机制
与C语言相比，C语言需要程序员自行管理内存，如果编码不当很容易出现内存泄漏的现象。而Java虚拟机自带的垃圾回收机制就大大减轻了程序员的负担，减少出错机会。

（2）JVM的组成部分与运行流程

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Java Source
指的是我们自己编写的Java代码，也就是.java文件
Java Class
将java文件编译为class文件
类加载子系统
用于将java代码转换为字节码
运行数据区
主要作用是把字节码加载到内存当中，因为程序必须要加载到内存才能运行。
具体其他模块的功能将在后面进行细致介绍。
执行引擎
用于把字节码翻译为底层系统指令。
解释器：用于解释字节码信息：即使编辑器：会针对你的代码进行优化；GC垃圾回收：主要指的是运行数据区中的堆空间，后期将重点去讲解该垃圾回收机制。
本地方法接口与本地库
由C/C++来实现，因为Java代码有时候并不能完全实现某些功能，只需要去记住系统提供的接口，再去进行调用即可。

（3）学习什么

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二、程序计数器

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线程私有的也就没有线程安全问题，因为每一个线程内部都有这样一个程序计数器。
在Java程序的class字节码文件中详细说明了代码的执行过程。
要想查看class字节码的信息就可以通过javap命令来查看字节码的反汇编信息：
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这里面详细记录了main方法的执行过程，并且可以发现原来一行的sout打印代码被拆成了多行来执行。左侧代码的执行地址（0，3，5，8）可以理解为代码的执行行号。

getstatic代表获取一个静态的变量，而System命令的out属性其实就是一个静态变量，类型是PrintStream。
ldc加载常量，这里指的是String类型的字符串（hello world）。
invokevirtual表面将要去调用的方法（println）。
return指的是结束该方法。

假设现在在多线程环境下，要去执行当前代码，程序计数器就会给每一个线程去记录该行号。并且假设此时存在两条线程互相争夺执行权，线程1执行到第9行代码时被线程2夺走执行权，那么等线程2执行完毕或是线程1夺回执行权后，就会从先前执行到的第9行代码继续执行。

总结：

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三、堆的详细介绍

（1）堆的介绍

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1.线程共享区域肯定就会存在线程安全问题。
2.堆的划分
堆中又划分为了两个主要部分：年轻代与老年代；年轻代划分的三种类型Eden、S0、S1也存在一定区别，而S0、S1也被称为Survivor幸存者区。
通常情况如下：一个对象进来后先到Eden区，假如该对象在垃圾回收后依然存活，它就会被复制移动到S0或S1，且在挪动达到一定次数后也仍然存活，就会被放到老年代当中，老年代主要指的是生命周期比较长的对象。
而对象的挪动规则将会在后期讲解垃圾回收机制时会再详细说明。
3.元空间的作用
用于保存类的信息、静态变量、常量、编译后的代码。

(2)Java1.7与1.8的堆的区别是什么

在Java1.8之前，堆的区域当中还存在一个永久代，它的作用与元空间一样。
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到了Java1.8之后，它把方法区/永久代放到了本地内存当中，也就是元空间中。为什么要放到本地内存：因为元空间与方法区主要存储的是一些类或常量，而随着项目运行时加载的类越来越多，这块方法区就会变得不可控，容易出现内存溢出或浪费内存，所以到了Java1.8优化过后就把他们都放到了本地内存，能够让堆来节省空间，最终目的都是避免OOM（内存溢出）。

(3)总结

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四、虚拟机栈

(1)什么是虚拟机栈

因为虚拟机栈是每个线程在运行时所需要的内存，多个线程运行时就会创建多个虚拟机栈，所以栈内存也是线程安全的。
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面试题：

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垃圾回收是否涉及栈内存
栈帧弹栈后释放内存的过程并不需垃圾回收器

(2)栈内存溢出情况

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(3)总结

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五、方法区

(1)方法区概述

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元空间当中的Class用于存储类的信息，包括类的结构、方法、字段等；Classloader就是类加载器；运行时常量池将会在后面详细介绍。
通过Java代码来模拟本地内存溢出的情况：
因为元空间的默认大小是没有上限的，要想模拟内存溢出的情况首先就需要设置元空间大小上限为8m
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执行该段代码，发现控制台中会提示元空间大小过小

(2)常量池

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(3)运行时常量池

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(4)总结

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六、直接内存

(1)直接内存介绍

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既然是操作系统的内存，那么是可以使用java程序来使用它的。
我们平时的IO是BIO，此处的NIO要比BIO的吞吐量高很多。

(2)常规IO数据拷贝流程

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Java本身并不具备磁盘读写的能力，要想进行磁盘读写就必须调用操作系统所提供的函数，也就是本地的native方法。
常规IO的问题：在内存当中有两块缓冲区，这样读取数据时就必须要去读取、存储两份。因为java代码本身是访问不到系统缓冲区的，必须要把数据读到java缓冲区后才能使用java代码进行操作。这样就造成了一个不必要的数据复制，因此效率就比较低。

(3)NIO数据拷贝流程

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这里出现的直接内存就相当于在操作系统中划出了一块缓冲区，可供系统与java代码共同访问，也就是共享的内存区域。这样java代码操作起来就非常方便了，提高运行效率，比较适合文件的IO操作。

(4)总结

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(一)JVM的组成

一、JVM介绍

（1）JVM的作用

（2）JVM的组成部分与运行流程

（3）学习什么

二、程序计数器

总结：

三、堆的详细介绍

（1）堆的介绍

(2)Java1.7与1.8的堆的区别是什么

(3)总结

四、虚拟机栈

(1)什么是虚拟机栈

面试题：

(2)栈内存溢出情况

(3)总结

五、方法区

(1)方法区概述

(2)常量池

(3)运行时常量池

(4)总结

六、直接内存

(1)直接内存介绍

(2)常规IO数据拷贝流程

(3)NIO数据拷贝流程

(4)总结

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