JVM 虚拟机详解内部原理（小白必看！）

柳时元

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原创最新推荐文章于 2026-03-05 00:25:19 发布 2.8k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

JAVA虚拟机（JVM）底层原理 JVM的详细全解，全面理解JVM的组成及其原理阅读详情

前言

作为一名Java软件开发程序猿，不了解JVM？那么你就只能干CRUD的工作！
前几天刚学习了JVM，把学习到的经验在这里和大家分享下，有啥意见，欢迎在下方评论交流！

1.什么是JVM？

JVM全称 Java Virtual Machine（Java虚拟机），是Java模拟出来的一个计算机，运行在操作系统之上。

它的作用是什么呢？

跨平台（移植性高）

学习过Java的同学应该都知道，Java能够跨平台的重要原因就是得益于JVM，为什么这么说呢？因为我们在编写java代码时，想要运行这个程序，首先得从java文件编译成class（字节码）文件。紧接着由我们的JVM装载这个class文件，然后转化成平台能够识别的指令。整个过程中，JVM扮演了一个翻译官的角色。那么，把打包好的java程序比喻为一位需要去美国旅游的人（名为张三），操作系统比喻成美国，JVM就是张三此次在美国旅游的翻译官。因此，想要在不同的操作系统中运行java程序，只需要更换相应的jvm即可，正如jvm诞生初期所说“一次编译，到处运行”。

所以，我们想要运行Java程序，那么就必须得安装相应的JVM。如果，不需要运行Java程序，只需要开发Java程序，只需要安装相应的JDK。

自动内存管理

在C语言中，需要自己去分配、释放内存。一个操作不当，就有可能造成程序的死机。下面是一个简单的内存、释放内存代码：

//c语言通过malloc()和free()这两个库函数来实现分配、释放内存空间
// 一方面，对已释放的内存、未曾分配的内存做释放，都会造成死机; 
//另一方面，对不再使用的内存不释放，会浪费系统内存，甚至内存枯竭
#include <stdio.h>
int main(int argc，char* argv[] )
{
	int *p; // 定义一个int类型的指针
	p = (int *)malloc(4); //分配4个连续的内存单元给指针p
	free(p); //释放指针p所指向的内存单元
	printf ("Hello World! \n") ;
	return 0 ;
}

Java中创建对象时会自动为该对象分配相应的内存空间，当该对象没有被引用地址所引用时，就会被JVM中的GC（垃圾回收器）进行回收。使其在开发时，不需要担心和C语言一样在分配内存和释放内存时所造成的困扰，极大的提高了开发效率。

2.JVM内部原理

上述只是简单的描述了JVM的功能，下面我们仔细的来看看JVM的内部原理。

先看看JVM结构图：

我们主要看运行时数据区的五大组件：方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。

方法区：主要保存类的信息如类名、属性、方法、常量池，是线程共享的。
在这里插入图片描述

堆：用于存放 java程序在运行时创建的实例对象，也就是开发时 new出来的对象都由堆进行分配内存空间进行存放。堆中没有被引用的对象会由JVM中的GC进行回收（清除），和方法区一样，是线程共享的。
在这里插入图片描述

虚拟机栈：也可以称之为栈（ FILO）即先进后出，用于记录方法的调用路径，负责Java程序的运行，在线程创建时创建。当启动 main方法时，会创建一个主线程，此时就会在栈中创建一个 main方法的栈帧（栈中的每一层都称之为栈帧），如果 main方法中又调用了一个 a方法，那么就会在 main方法的后面为 a方法开辟一个栈帧（入栈）。当 a方法调用完后，则会清除该栈帧（也就是出栈），栈是线程私有的，每一个线程都只有一个栈。
在这里插入图片描述

如图所示就是报异常打印的栈信息：从下图可以看出，栈中最底层为main方法，当执行到最顶上一层UnixProcess类时报错。

值得注意的是方法中的变量都存储在方法所在的栈帧里,这也就解释了局部变量只能在当前方法中访问。

本地方法栈：用于执行JVM中 C语言的本地方法，JVM底层是使用 C语言及 C++开发出来的，所以，需要一个Native方法来调用这些C语言中的方法。也就是JNI调用等。

程序计数器：用于线程执行到某个方法时被CPU切换的一个计数器。例如：a线程执行到b方法时如果被CPU切换了，也就是把执行权让给了b线程，那么程序计数器（也可以称为寄存器）就会记录a线程执行到的方法路径。

3.类加载器的分工

在这里插入图片描述
引导类加载器：用于加载java中的核心类库，也就是处于jre/lib/rt.jar中的类，Java开头的这些包名。

扩展类加载器：继承于引导类加载器，用于加载jre/lib/ext/目录下的所有jar包。

系统类加载器：用于加载我们自己写的Java类、main方法类。

JAVA它为什么要设计这么多的加载器呢？弄一个加载器加载所有的类它不香吗？

答案就是：提高了整个java程序的安全。假设：有一天有个黑客在你的程序中编写了一个带有病毒的class文件，包名为java.lang.Virus.class。那么大家想想，它能够被加载器成功加载吗？

肯定是不能滴！为什么呢？因为，这些所有的加载器都只会去特定的位置去加载那些jar包或者java类。就算这个病毒类被系统类加载器加载了，它只能破坏到系统类的一些东西。并不能够直接影响到JVM中的数据。

总结

好了，到这里就结束了，技术有限，只能给大家讲解那么多啦！下面简单的总结一下。

class文件可以说成是我们人类吃的食物，那么类加载器就是我们的嘴巴，只有将class文件被加载器给加载了，才能够进入到JVM中的运行时数据区。也就是我们的肚子。那么执行引擎就是我们的肠胃，对class文件进行消化，转化成平台能够认识的指令。

虚拟机在执行过程中，会分配相应的内存空间给对象，那么当这些对象无用时，就会清理掉。这时JVM中的GC就会起作用，它会判断哪些对象是无用的。如果是无用的，就会被其回收掉！如果一直不清理，并且一直创建对象，就会造成内存泄漏，直到内存溢出且程序崩溃。就相当于人体内的废物一直得不到排泄，那么总有崩溃的一天。

下篇博客，将会讲解JVM中的GC（垃圾回收机制）的实现原理，有兴趣的小伙伴可以了解下。谢谢大家的阅读！阅后点赞，手留余香！

JVM中的GC实现原理，如何搞挂JVM

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