JVM知识点

JVM运行流程

jvm执行流程

程序执行之前先要把写的java代码转换成字节码（class文件），JVM首先需要把字节码通过类加载器（ClassLoader）把文件加载到内存中的运行时数据区（Runtime Data Area），而字节码文件是JVM的一套指令集规范，并不能直接交给底层操作系统去执行，所以需要特定的命令解析器 执行引擎（Execution Engine）  将字节码翻译成底层系统指令再交给CPU去执行，而这个过程中需要调用其他语言的本地库接口（Native Interface） 来实现整个程序的功能，这就是这4个主要组成部分的职责与功能。

总结来看，JVM主要由以下4部分，来执行Java程序的：

1.类加载器

2.运行时数据区

3.执行引擎

4.本地库接口

运行时数据区：

运行时数据区也叫内存布局，但它与Java内存模型（Java Memory Model）简称JMM完全不同。

它由以下5部分组成：

1.堆（线程共享）

堆的作用：程序中所有创建的对象都放在堆区。

堆里面分为两个区域：新生代和老年代，新生代放新建的对象，当经过一定的GC次数之后还存活的对象会放入老生代。新生代还有三个区域：一个Eden+两个Survivor（S0/S1）

垃圾回收时会将Eden中存活的对象放到一个未使用的Survivor中，并将当前的Eden和正在使用的Survivor清除掉。

2.JAVA虚拟机栈（线程私有）

Java 虚拟机栈的作⽤：Java 虚拟机栈的⽣命周期和线程相同，Java 虚拟机栈描述的是 Java ⽅法执⾏的内存模型：每个⽅法在执⾏的同时都会创建⼀个栈帧（Stack Frame）⽤于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、⽅法出⼝等信息。咱们常说的堆内存、栈内存中，栈内存指的就是虚拟栈。

JAVA虚拟机栈中包含了以下4部分：

1.局部变量表

简单来说就是放方法参数和局部变量的。

2.操作栈

每个法规范会生成一个先进后出的操作栈

3.动态链接

指向运行时常量池的方法引用

4.方法返回地址

PC寄存器的地址

什么是线程私有

由于JVM的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执⾏时间的⽅式来实现，因此在任何⼀个确定的 时刻，⼀个处理器(多核处理器则指的是⼀个内核)都只会执⾏⼀条线程中的指令。因此为了切换线程后 能恢复到正确的执⾏位置，每条线程都需要独⽴的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独⽴ 存储。我们就把类似这类区域称之为"线程私有"的内存。

3.本地方法栈（线程私有）

本地⽅法栈和虚拟机栈类似，只不过 Java 虚拟机栈是给 JVM 使⽤的，⽽本地⽅法栈是给本地⽅法使⽤的。

4.程序计数器（线程私有）

程序计数器的作⽤：⽤来记录当前线程执⾏的⾏号的。

程序计数器是⼀块⽐较⼩的内存空间，可以看做是当前线程所执⾏的字节码的⾏号指⽰器。

如果当前线程正在执⾏的是⼀个Java⽅法，这个计数器记录的是正在执⾏的虚拟机字节码指令的地

址；如果正在执⾏的是⼀个Native⽅法，这个计数器值为空。

5.方法区（线程共享）

方法区的作用：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。

运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分，存放字面量与符号引用。

字面量：字符串（JDK8移动到堆中）、final常量、基本数据类型的值。

符号引用：类和结构的完全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符。

JVM类加载

1.类加载过程

其中前5步是固定的顺序并且也是类加载的过程，其中中间3步我们都属于连接，所以类加载总的来说分为以下步骤：

1.加载

2.连接

3.初始化

2.双亲委派模型

提到类加载机制，不得不提的⼀个概念就是“双亲委派模型”。

站在 Java 虚拟机的⻆度来看，只存在两种不同的类加载器：⼀种是启动类加载器（Bootstrap

ClassLoader），这个类加载器使⽤ C++ 语⾔实现，是虚拟机⾃⾝的⼀部分；另外⼀种就是其他所有的类加载器，这些类加载器都由Java语⾔实现，独⽴存在于虚拟机外部，并且全都继承⾃抽象类

java.lang.ClassLoader。站在 Java 开发⼈员的⻆度来看，类加载器就应当划分得更细致⼀ 些。⾃ JDK 1.2 以来，Java ⼀直保持着三层类加载器、双亲委派的类加载架构器。

什么是双亲委派模型？

如果⼀个类加载器收到了类加载的请求，它⾸先不会⾃⼰去尝试加载这个类，⽽是把这个请求委派给⽗类加载器去完成，每⼀个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最 终都应该传送到最顶层的启动类加载器中，只有当⽗加载器反馈⾃⼰⽆ 法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，⼦加载器才会尝试⾃⼰去完成加载。

双亲委派模型的优点

1. 避免重复加载类：⽐如 A 类和 B 类都有⼀个⽗类 C 类，那么当 A 启动时就会将 C 类加载起来，那么在 B 类进⾏加载时就不需要在重复加载 C 类了。

2. 安全性：使⽤双亲委派模型也可以保证了 Java 的核⼼ API 不被篡改，如果没有使⽤双亲委派模

型，⽽是每个类加载器加载⾃⼰的话就会出现⼀些问题，⽐如我们编写⼀个称为 java.lang.Object

类的话，那么程序运⾏的时候，系统就会出现多个不同的 Object 类，⽽有些 Object 类⼜是⽤⼾⾃

⼰提供的因此安全性就不能得到保证了。

3.破坏双亲委派模型

双亲委派模型虽然有其优点，但在某些情况下也存在⼀定的问题，⽐如 Java 中 SPI（Service Provider Interface，服务提供接⼝）机制中的 JDBC 实现。

这样⼀来就破坏了双亲委派模型，因为 DriverManager 位于 rt.jar 包，由 BootStrap 类加载器加载，⽽其 Driver 接⼝的实现类是位于服务商提供的 Jar 包中，是由⼦类加载器（线程上下⽂加载器Thread.currentThread().getContextClassLoader ）来加载的，这样就破坏了双亲委派模型了（双亲委派模型讲的是所有类都应该交给⽗类来加载，但 JDBC 显然并不能这样实现）。

垃圾回收相关

垃圾回收算法

a）标记-清除算法

标记-清除"算法是最基础的收集算法。算法分为"标记"和"清除"两个阶段 : ⾸先标记出所有需要回收

的对象，在标记完成后统⼀回收所有被标记的对象(标记过程⻅3.1.2章节)。后续的收集算法都是基于这种思路并对其不⾜加以改进⽽已。

"标记-清除"算法的不⾜主要有两个 :

1. 效率问题 : 标记和清除这两个过程的效率都不⾼

2. 空间问题 : 标记清除后会产⽣⼤量不连续的内存碎⽚，空间碎⽚太多可能会导致以后在程序运⾏中需要分配较⼤对象时，⽆法找到⾜够连续内存⽽不得不提前触发另⼀次垃圾收集。

b）复制算法

复制"算法是为了解决"标记-清理"的效率问题。它将可⽤内存按容量划分为⼤⼩相等的两块，每次只使⽤其中的⼀块。当这块内存需要进⾏垃圾回收时，会将此区域还存活着的对象复制到另⼀块上⾯，然后再把已经使⽤过的内存区域⼀次清理掉。这样做的好处是每次都是对整个半区进⾏内存回收，内存分配时也就不需要考虑内存碎⽚等复杂情况，只需要移动堆顶指针，按顺序分配即可。此算法实现简单，运⾏⾼效。算法的执⾏流程如下图

c)标记-整理算法

复制收集算法在对象存活率较⾼时会进⾏⽐较多的复制操作，效率会变低。因此在⽼年代⼀般不能使 ⽤复制算法。

针对⽼年代的特点，提出了⼀种称之为"标记-整理算法"。标记过程仍与"标记-清除"过程⼀致，但后续 步骤不是直接对可回收对象进⾏清理，⽽是让所有存活对象都向⼀端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。流程图如下

d）分代算法

分代算法和上⾯讲的 3 种算法不同，分代算法是通过区域划分，实现不同区域和不同的垃圾回收策

略，从⽽实现更好的垃圾回收。

当前 JVM 垃圾收集都采⽤的是"分代收集(Generational Collection)"算法，这个算法并没有新思想， 只是根据对象存活周期的不同将内存划分为⼏块。⼀般是把Java堆分为新⽣代和⽼年代。在新⽣代中，每次垃圾回收都有⼤批对象死去，只有少量存活，因此我们采⽤复制算法；而老年代中对象存活率高、没有额外空间对它进⾏分配担保，就必须采⽤"标记-清理"或者"标记-整理"算法。

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。

垃圾收集器的作⽤：垃圾收集器是为了保证程序能够正常、持久运⾏的⼀种技术，它是将程序中不⽤的死亡对象也就是垃圾对象进⾏清除，从⽽保证了新对象能够正常申请到内存空间。

以下这些收集器是 HotSpot 虚拟机随着不同版本推出的重要的垃圾收集器：

上图展⽰了7种作⽤于不同分代的收集器，如果两个收集器之间存在连线，就说明他们之间可以搭配使用。所处的区域，表示它是属于新⽣代收集器还是⽼年代收集器。在讲具体的收集器之前我们先来明 确三个概念:

•

并⾏(Parallel) : 指多条垃圾收集线程并⾏⼯作，⽤⼾线程仍处于等待状态

•

并发(Concurrent) : 指⽤⼾线程与垃圾收集线程同时执⾏(不⼀定并⾏，可能会交替执⾏)，⽤⼾程序

继续运⾏，⽽垃圾收集程序在另外⼀个CPU上。

•

吞吐量:就是CPU⽤于运⾏⽤⼾代码的时间与CPU总消耗时间的⽐值。

吞吐量 = 运⾏⽤⼾代码时间 /( 运⾏⽤⼾代码时间 + 垃圾收集时间 )

例如：虚拟机总共运⾏了100分钟，其中垃圾收集花掉1分钟，那吞吐量就是99%。