JVM

虚拟机结构

在对JVM的正式了解之前,对Java 虚拟机结构,特别是运行时数据区有正确的理解是非常重要的.我们以Hotspot进行说明.
这里写图片描述
虚拟机的主要组件为:
1.类加载器;
2.运行时数据区;
3.执行引擎.
运行时数据区又分为:方法区,运行时常量池,虚拟机栈,本地方法栈,堆,程序计数器.
程序计数器:
为什么需要程序计数器?举个不恰当的例子,我们都有过去银行取钱的经历,明明有好几个窗口却只开了两个甚至一个窗口,而拿号排队的人又很多.如果有个人的事情很麻烦,占用了窗口很长时间,剩下的人也只有干等着,或者一怒之下,放弃排队.想想几年前我们用的功能机吧,编辑短信的时候你是不能在手机上做其它事情的,要么发送要么取消编辑你才能去打电话呀什么的.现如今的电脑,不管是单核还是多核处理器,都是通过不断切换线程和分配处理器执行时间来达到同时处理多个事务的目的.像如今的智能手机一样,我们能一边玩游戏一边发短信一边聊微信.联想我们取钱的例子,现在窗口有限,于是借鉴切换线程的思想同时处理多个人的事情,但是我办手续还没办完就被踢出来继续排队,当我又一次回到窗口的时候,办事的小妹怎么知道我的手续处理到哪一步了呢?程序计数器即是这个作用,它记录了正在执行的虚拟机字节码的地址(简单理解为行号),确保线程切换后能恢复到正确执行的位置.
程序计数器是线程私有的,每个线程都有自己的程序计数器,以使各个线程之间不相互影响.
栈:
1.栈也是线程私有的.
2.栈里面装的是栈帧,线程每执行一个方法会产生一个对应的栈帧,方法的执行也对应着栈帧的入栈和出栈的过程栈帧储存了局部变量表,操作数栈,动态链接,方法出口等信息.
3.栈代表线程的处理逻辑(对象存放在堆中,局部变量表只储存对象在堆中的地址引用).
4.StackOverflowError—>线程请求的栈深度超过虚拟机允许的栈深度;OutOfMemoryError—>栈动态扩展后也无法申请到足够的内存或创建新线程时无法申请到足够内存创建虚拟机栈.
方法区:
1.各个线程共享;
2.储存每一个类的结构信息,如运行时常量池、字段和方法数据、构造函数和普通方法编译后的字节码内容;
3.Hotspot以永久代的形式将GC扩展至方法区.可以简单理解为:永久代<–> 方法区;
4.OutOfMemoryError.
堆:
1.各个线程共享;
2.储存对象实例;
3.GC的主要场所;
4.OutOfMemoryError.

GC算法

内容概要:本文介绍了一个基于冠豪猪优化算法(CPO)的无人机三维路径规划项目,利用Python实现了在复杂三维环境中为无人机规划安全、高效、低能耗飞行路径的完整解决方案。项目涵盖空间环境建模、无人机动力学约束、路径编码、多目标代价函数设计以及CPO算法的核心实现。通过体素网格建模、动态障碍物处理、路径平滑技术和多约束融合机制,系统能够在高维、密集障碍环境下快速搜索出满足飞行可行性、安全性与能效最优的路径,并支持在线重规划以适应动态环境变化。文中还提供了关键模块的代码示例,包括环境建模、路径评估和CPO优化流程。; 适合人群:具备一定Python编程基础和优化算法基础知识,从事无人机、智能机器人、路径规划或智能优化算法研究的相关科研人员与工程技术人员,尤其适合研究生及有一定工作经验的研发工程师。; 使用场景及目标:①应用于复杂三维环境下的无人机自主导航与避障;②研究智能优化算法(如CPO)在路径规划中的实际部署与性能优化;③实现多目标(路径最短、能耗最低、安全性最高)耦合条件下的工程化路径求解;④构建可扩展的智能无人系统决策框架。; 阅读建议:建议结合文中模型架构与代码示例进行实践运行,重点关注目标函数设计、CPO算法改进策略与约束处理机制,宜在仿真环境中测试不同场景以深入理解算法行为与系统鲁棒性。
06-11
### 什么是 JVM? Java 虚拟机(JVM)是 Java 运行时环境的核心组件,它负责运行 Java 程序[^2]。JVM 是一个抽象的计算机,它通过调用某个初始类的 `main()` 方法来运行 Java 程序[^3]。该方法必须满足以下条件:共有的(`public`)、静态的(`static`)、返回值为 `void`,并且接受一个字符串数组作为参数。 ### JVM 的组成 JVM 主要由以下几个部分组成: 1. **类加载器(Class Loader)** 类加载器负责将 `.class` 文件加载到内存中,并将其转换为可执行的字节码。类加载器分为引导类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器[^2]。 2. **运行时数据区(Runtime Data Areas)** JVM 在运行时会创建多个内存区域来存储数据,包括: - **方法区(Method Area)**:存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等。 - **堆(Heap)**:所有对象实例以及数组都在堆上分配。 - **虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)**:每个线程都有一个私有的虚拟机栈,存储局部变量表、操作数栈等。 - **本地方法栈(Native Method Stacks)**:与虚拟机栈类似,但服务于本地方法。 - **程序计数器(Program Counter Register)**:记录当前线程所执行的字节码指令地址。 3. **执行引擎(Execution Engine)** 执行引擎负责解释或编译字节码并执行。主要包括: - **解释器(Interpreter)**:逐条解释执行字节码。 - **即时编译器(JIT Compiler)**:将热点代码编译为本地机器码以提高性能[^4]。 4. **本地接口(Native Interface)** JVM 提供了与本地库交互的能力,例如通过 JNI(Java Native Interface)调用 C/C++ 编写的本地代码。 5. **垃圾回收机制(Garbage Collection, GC)** JVM 自动管理内存,通过垃圾回收器释放不再使用的对象占用的内存[^2]。 ### JVM 参数与优化 为了更好地控制 JVM 的行为,开发者可以使用各种 JVM 参数进行调优。这些参数涵盖了内存分配、垃圾回收策略、线程管理等多个方面[^1]。例如: - `-Xms` 和 `-Xmx`:设置堆内存的初始大小和最大大小。 - `-XX:+UseG1GC`:指定使用 G1 垃圾回收器。 - `-verbose:gc`:输出垃圾回收的日志信息。 ### 示例代码:启动 JVM 并运行 Java 程序 以下是一个简单的 Java 程序示例,展示了如何定义一个符合 JVM 规范的入口点: ```java public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello, World!"); } } ``` 编译并运行该程序时,JVM 会加载 `HelloWorld` 类,并调用其 `main()` 方法作为程序的起点。 ### 同步与锁机制 在多线程环境中,JVM 提供了同步机制以确保线程安全。`synchronized` 关键字可以通过 ACC_SYNCHRONIZED 标志实现方法级别的同步,而无需显式调用 `monitorenter` 和 `monitorexit` 指令[^5]。 ###
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