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java虚拟机---JVM

news 来源：原创 2025/5/8 17:04:08

JVM

JVM，也就是 Java 虚拟机，它最主要的作用就是对编译后的 Java 字节码文件逐行解释，翻译成机器码指令，并交给对应的操作系统去执行。
在这里插入图片描述
JVM 的其他特性有：

JVM 可以自动管理内存，通过垃圾回收器回收不再使用的对象并释放内存空间。
JVM 包含一个即时编译器 JIT，它可以在运行时将热点代码缓存到 codeCache 中，下次执行的时候不用再一行一行的解释，而是直接执行缓存后的机器码，执行效率会大幅提高。

注：JIT 和 JNI 的区别：
JIT 是“即时编译”（Just-In-Time Compilation）的缩写。
它是一种在程序运行时将字节码（bytecode）编译成机器码的技术，主要用于提高程序的执行效率。JNI 是Java 提供的一种编程框架，允许 Java 代码与用其他语言（如 C、C++）编写的本地代码交互。
通过 JNI，Java 程序可以调用本地方法（native methods），这些方法通常是用 C 或 C++ 实现的，
并编译为动态链接库（DLL 或 SO 文件）。反过来，本地代码也可以调用 Java 方法

任何可以通过 Java 编译的语言，比如说 Groovy、Kotlin、Scala 等，都可以在 JVM 上运行。

“通过 Java 编译”在问题中的含义是指“编译成 Java 字节码”，每种语言都有自己的专用编译器。

JVM的组织架构

JVM 要解释执行需要进行三个步骤：加载 .class 文件 -> 准备数据 -> 执行
因此 JVM 大致可以划分为三个部分：类加载器、运行时数据区和执行引擎。

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JVM内存模型

Java 虚拟机（JVM）在运行 Java 程序时，会将内存划分为若干区域，每个区域有其特定的功能。
在这里插入图片描述

程序计数器（Program Counter Register）
- 作用：记录当前线程正在执行的字节码指令的地址，用于控制程序的执行流程。
- 特点：每个线程都有独立的程序计数器，线程之间互不干扰。
Java 虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）
- 作用：为 Java 方法（非 native 方法）的执行提供内存空间。
- 特点：每个线程拥有自己的虚拟机栈，栈中包含多个栈帧（Stack Frame）。每个栈帧对应一次方法调用，存储局部变量表、操作数栈、动态链接和方法出口等信息。
本地方法栈（Native Method Stacks）
- 作用：为 native 方法（用 C/C++ 等语言编写的方法）提供内存支持。
- 特点：与 Java 虚拟机栈类似，但专用于 native 方法的执行。
Java 堆（Java Heap）
- 作用：存储对象实例和数组。
- 特点：JVM 中最大的内存区域，所有对象实例都在堆上分配内存。堆是垃圾收集器（GC）的主要管理区域。
方法区（Method Area）
- 作用：存储类的元数据信息（如类结构）、静态变量、常量以及即时编译器编译后的代码。
- 特点：在 JDK 8 及之后，方法区被元空间（Metaspace）取代，元空间使用本地内存而非 JVM 堆内存。
运行时常量池（Runtime Constant Pool）
- 作用：存储编译期生成的字面量（如字符串常量）和符号引用。
- 特点：是方法区的一部分，包含每个类的常量池表。JDK 8 方法区变元空间，运行时常量池就放在堆上。
直接内存（Direct Memory）
- 作用：不属于 JVM 运行时数据区，但常用于 NIO（如 ByteBuffer）等场景。
- 特点：使用本地内存，不受 JVM 堆大小限制。

内存区域变化

在这里插入图片描述
主要是方法区到元空间，以及常量池的变化

字符串常量池，类常量池，运行时常量池存储的都是什么啊？

1.字符串常量池

字符串常量池主要存储字符串字面量，也就是在 Java 代码中用双引号括起来的字符串，例如 “Hello”、“World” 等。
它的设计目的是为了复用这些字符串对象，确保 JVM 中每个唯一的字符串字面量只有一份，从而节省内存。
String s1 = “Hello”; String s2 = “Hello”;用 s1 == s2 验证，结果为 true
用 new String(“Hello”) 创建字符串，这个对象会分配在堆上，可以通过 String.intern() 方法将它放入字符串常量池。

2.类常量池

javac 将源文件编译成 .class 文件，类常量池指的是这个文件的一部分，是在磁盘上的。
类常量池存储了在编译时生成的 字面量 和 符号引用
类加载阶段JVM 加载 .class 文件时，会把类常量池的内容拷贝到方法区（JDK 8+ 在元空间）
在解析阶段，逻辑地址会被替换为实际的内存地址，部分数据进入运行时常量池。

例如对于一个类：

package example;import utils.Helper;  // 🔹 导入外部类public class Main {// 🔹 静态常量static final double PI = 3.14159;// 🔹 实例变量private String name;// 🔹 构造方法public Main(String name) {this.name = name;}// 🔹 普通方法public void greet() {System.out.println("Hello, " + name);}public static void main(String[] args) {// 🔹 创建对象Main obj = new Main("Alice");obj.greet();// 🔹 调用外部类方法Helper.sayHello();}
}

类常量池为：

CONSTANT_Class      example/Main
CONSTANT_Class      utils/Helper  // 🔹 外部类
CONSTANT_Fieldref   example/Main.PI
CONSTANT_Fieldref   example/Main.name
CONSTANT_Methodref  example/Main.<init>  // 🔹 构造方法
CONSTANT_Methodref  example/Main.greet   // 🔹 方法
CONSTANT_Methodref  utils/Helper.sayHello  // 🔹 外部类方法
CONSTANT_String     "Hello, "
CONSTANT_String     "Alice"
CONSTANT_Double     3.14159

3.运行时常量池

运行时常量池是 JVM 在运行时为每个类或接口维护的常量池
运行时常量池支持动态链接和运行时解析，例如将对 System.out.println 的符号引用解析为具体的对象和方法地址。
它还能在程序运行时扩展，例如添加新的字符串常量
运行时常量池 = 类常量池内容 + 直接引用 + 动态常量

堆内存

堆是Java虚拟机（JVM）中内存管理的一个重要区域，主要用于存放对象实例和数组。随着JVM的发展和不同垃圾收集器的实现，堆的具体划分可能会有所不同，但通常可以分为以下几个部分：
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新生代：新生代又被划分为 Eden 空间和两个 Survivor 空间（From 和 To）
- 新创建的对象会被分配到 Eden 空间。
- Eden 区填满时，会触发一次 Minor GC，清除不再使用的对象。存活下来的对象会从 Eden 区移动到 Survivor 区
老年代：对象在新生代中经历多次 GC 后，如果仍然存活，会被移动到老年代。当老年代内存不足时，会触发 Major GC，对整个堆进行垃圾回收。
大对象区：在某些JVM实现中（如G1垃圾收集器），为大对象分配了专门的区域，这部分区域在老年代。

对象的内存布局

对象的内存布局是由 Java 虚拟机规范定义的，但具体的实现细节各有不同，如 HotSpot 和 OpenJ9 就不一样。HotSpot：
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对象四种引用

四种分别是“强、软、弱、虚”。
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强引用：Object obj = new Object(); 只要存在就不回收；
软引用：SoftReference softRef = new SoftReference<>(new Object()); 内存不足回收，常用于实现内存敏感的缓存（如图片缓存），在内存压力大时自动清理；
弱引用：WeakReference weakRef = new WeakReference<>(new Object()); 一定回收，临时引用，避免内存占用，比如 threadlocal 里的 key；
虚引用：PhantomReference phantomRef = new PhantomReference<>(new Object(), queue); 通常与 ReferenceQueue 结合使用，当对象被回收时，虚引用会被放入关联的 ReferenceQueue，在对象被回收时收到通知。虚引用不可达；
Java.lang.ref 包下的类

内存泄漏和内存溢出

用一个比较有味道的比喻来形容就是，内存溢出是排队去蹲坑，发现没坑了；内存泄漏，就是有人占着茅坑不拉屎，导致坑位不够用。
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内存泄漏举例：1、静态属性导致内存泄露 2、 未关闭的资源 3、 使用ThreadLocal
静态属性（用 static 修饰的字段）属于类级别，其生命周期与类的加载和卸载绑定，其超长的生命周期和全局可见性导致更容易内存泄漏
ThreadLocal—java

java虚拟机---JVM

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