JVM：组成、垃圾回收器、垃圾回收算法、常见命令

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于 2025-03-01 18:02:48 首次发布

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@[TOC]
一、JVM 核心组成
1. 类加载子系统（Class Loader Subsystem）
2. 运行时数据区（Runtime Data Areas）
3. 执行引擎（Execution Engine）
4. 本地方法接口（JNI）

二、垃圾回收算法与回收器
1. 垃圾回收算法
2. 垃圾回收器对比

三、JVM 常用命令与机制
1. 常用诊断命令
2. 关键机制与调优参数
3. OOM 排查流程

四、总结

一、JVM 核心组成

JVM 主要由以下四部分组成，协同管理内存、执行字节码和资源回收：

1. 类加载子系统（Class Loader Subsystem）

作用：加载 .class 文件到内存，生成 Class 对象。
关键流程：
双亲委派模型：
- 层级：Bootstrap → Extension → Application → 自定义类加载器
- 原则：优先由父加载器加载，避免核心类被篡改。

2. 运行时数据区（Runtime Data Areas）

区域	作用	线程共享性	异常
堆（Heap）	存储对象实例和数组，GC 主战场	共享	`OutOfMemoryError`
方法区（Metaspace）	存储类元数据（JDK8+ 使用本地内存）	共享	`Metaspace OOM`
虚拟机栈（JVM Stack）	存储栈帧（局部变量表、操作数栈、方法出口等）	线程私有	`StackOverflowError`
本地方法栈	为 Native 方法（如 C/C++ 代码）服务	线程私有	`StackOverflowError`
程序计数器（PC）	记录当前线程执行的位置（唯一无 OOM 的区域）	线程私有	无

3. 执行引擎（Execution Engine）

解释器：逐行解释字节码，启动速度快，执行效率低。
即时编译器（JIT）：将热点代码编译为机器码（如 C1、C2 编译器），提升执行效率。
垃圾回收器（GC）：自动回收堆内存中的无用对象。

4. 本地方法接口（JNI）

提供调用操作系统底层功能（如文件操作、网络通信）的接口。

二、垃圾回收算法与回收器

1. 垃圾回收算法

算法	原理	优点	缺点	适用场景
标记-清除	标记无用对象后清除	实现简单	内存碎片化	老年代（CMS）
复制算法	将存活对象复制到另一块内存	无碎片，高效	内存利用率低（50%）	新生代（Survivor）
标记-整理	标记后移动存活对象到一端	无碎片，内存紧凑	移动成本高	老年代（G1、ZGC）
分代收集	新生代（复制算法）+ 老年代（标记-整理）	针对不同区域优化	需组合使用	主流 JVM

2. 垃圾回收器对比

收集器	算法	特点	适用场景	参数
Serial	新生代：复制老年代：标记-整理	单线程，STW 时间长	客户端、小内存	`-XX:+UseSerialGC`
Parallel Scavenge	新生代：复制老年代：标记-整理	多线程，吞吐量优先	后台计算型应用	`-XX:+UseParallelGC`
CMS	标记-清除	并发收集，低停顿	响应速度敏感型应用	`-XX:+UseConcMarkSweepGC`
G1	标记-整理 + 复制	分区化收集，可预测停顿时间	大内存、低延迟	`-XX:+UseG1GC`
ZGC	染色指针 + 读屏障	超低停顿（<10ms），TB 级堆	超大内存、极致低延迟	`-XX:+UseZGC`

三、JVM 常用命令与机制

1. 常用诊断命令

命令	功能	示例
jps	查看 Java 进程 PID	`jps -l`（显示主类全名）
jstat	监控 GC、类加载、JIT 编译状态	`jstat -gcutil PID 1000 5`（每 1s 输出一次，共 5 次）
jmap	生成堆内存快照（Heap Dump）	`jmap -dump:live,format=b,file=heap.hprof PID`
jstack	生成线程快照（排查死锁、线程阻塞）	`jstack -l PID > thread_dump.txt`
jinfo	查看/修改 JVM 参数	`jinfo -flags PID`

2. 关键机制与调优参数

内存分配策略：
- 对象优先在 Eden 区分配：新生代内存不足时触发 Minor GC。
- 大对象直接进入老年代：通过 -XX:PretenureSizeThreshold 设置阈值。
- 长期存活对象进入老年代：通过 -XX:MaxTenuringThreshold 设置年龄阈值。

GC 调优参数：

-Xmx4g -Xms4g           # 堆最大/初始内存
-XX:NewRatio=2          # 老年代:新生代=2:1
-XX:SurvivorRatio=8     # Eden:Survivor=8:1:1
-XX:+UseG1GC            # 启用 G1 回收器
-XX:MaxGCPauseMillis=200 # G1 最大停顿时间目标
-XX:+PrintGCDetails     # 打印 GC 详细信息

3. OOM 排查流程

确定 OOM 类型：根据错误日志（如 Java heap space、Metaspace）。
生成 Heap Dump：使用 jmap 或 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError。
分析 Dump 文件：通过 MAT（Memory Analyzer Tool） 或 VisualVM 查找内存泄漏对象。
定位代码问题：检查静态集合、未关闭资源（如数据库连接）、大对象分配。

四、总结

JVM 组成：类加载、运行时数据区、执行引擎、本地方法接口。
垃圾回收器选择：
- 小内存/客户端：Serial / Parallel。
- 响应优先：CMS（JDK8）或 G1（JDK11+）。
- 超大堆：ZGC 。
核心命令：jps、jstat、jmap、jstack。
调优原则：根据业务场景平衡 吞吐量、延迟和 内存占用。