JVM知识体系解析

于 2025-07-26 09:40:49 发布
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分类专栏： Java场景面试宝典 文章标签： Java JVM Memory Management
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📕我是廖志伟，一名Java开发工程师、《Java项目实战——深入理解大型互联网企业通用技术》（基础篇）、（进阶篇）、（架构篇）、《解密程序员的思维密码——沟通、演讲、思考的实践》作者、清华大学出版社签约作家、Java领域优质创作者、优快云博客专家、阿里云专家博主、51CTO专家博主、产品软文专业写手、技术文章评审老师、技术类问卷调查设计师、幕后大佬社区创始人、开源项目贡献者。

📘拥有多年一线研发和团队管理经验，研究过主流框架的底层源码(Spring、SpringBoot、SpringMVC、SpringCloud、Mybatis、Dubbo、Zookeeper)，消息中间件底层架构原理(RabbitMQ、RocketMQ、Kafka)、Redis缓存、MySQL关系型数据库、 ElasticSearch全文搜索、MongoDB非关系型数据库、Apache ShardingSphere分库分表读写分离、设计模式、领域驱动DDD、Kubernetes容器编排等。

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Java程序员廖志伟

💡在这个美好的时刻，笔者不再啰嗦废话，现在毫不拖延地进入文章所要讨论的主题。接下来，我将为大家呈现正文内容。

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JVM知识体系

类加载机制

在Java虚拟机（JVM）中，类加载机制是确保Java代码能够在运行时被正确处理的关键机制。它涉及到类的发现、准备和初始化，是Java运行时环境的核心之一。

  • 类加载过程：类加载过程分为三个阶段：加载、连接和初始化。

    • 加载：类加载器负责查找和加载类的.class文件。在加载过程中，类加载器会检查这个类是否已经被加载过，以避免重复加载。加载完成后，JVM将为该类分配内存，并创建一个Class对象。
    • 连接：连接阶段分为验证、准备和解析三个步骤。验证过程确保类的字节码是有效的，不会危害JVM的安全。准备阶段为类变量分配内存，并设置默认初始值。解析阶段将类、接口、字段和方法的符号引用转换为直接引用。
    • 初始化：初始化阶段是执行类构造器《clinit>()方法的过程，这个方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。

  • 双亲委派模型：双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。当一个类加载器收到了类加载的请求时，它首先委派给父类加载器去完成，只有当父类加载器无法完成这个加载请求时，才自己去加载。

    • 启动类加载器：它负责加载JVM核心库（如rt.jar、resources.jar等）。
    • 扩展类加载器：它负责加载Java的扩展库。
    • 应用程序类加载器：它负责加载用户类路径（classpath）上的所有类库。

  • 自定义类加载器：通过继承java.lang.ClassLoader类并重写其findClass()方法，可以创建自定义的类加载器。例如，可以创建一个网络类加载器，用于从网络上加载类。

  • 模块化系统（JPMS）：Java Platform Module System（JPMS）是Java 9引入的模块化系统，它将JVM的类加载器架构扩展到了模块级别。模块化系统能够提供更细粒度的访问控制和更高效的类加载机制。

内存模型

JVM的内存模型由多个运行时数据区组成，这些区域各自承担不同的职责。

  • 堆：堆是JVM中最大的内存区域，用于存储几乎所有的Java对象实例以及数组的元素。堆被所有线程共享，因此也是垃圾回收的主要场所。
  • 栈：栈是线程私有的内存区域，用于存储局部变量表、操作数栈、方法出口等信息。栈帧随着方法的调用而创建和销毁，因此栈的内存空间是动态分配的。
  • 方法区：方法区用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。方法区是所有线程共享的，其生命周期与JVM的生命周期相同。
  • PC寄存器：PC寄存器是线程私有的，用于指示下一条要执行的指令。对于非虚拟机栈的线程，PC寄存器指向的是栈顶方法的指令地址。
内存溢出场景分析

内存溢出是指JVM运行时内存不足，导致程序无法继续执行。内存溢出的场景主要包括以下几种：

  • 堆溢出：当JVM堆内存不足以分配对象时，会发生堆溢出。堆溢出通常是由于创建了过多的对象或者对象生命周期过长导致的。
  • 栈溢出：当线程栈空间不足以容纳栈帧时，会发生栈溢出。栈溢出通常是由于递归调用过深或者方法调用栈过深导致的。
  • 方法区溢出：当方法区内存不足以存储类信息时，会发生方法区溢出。方法区溢出通常是由于加载了过多的类或者类信息过大导致的。
垃圾回收

垃圾回收是JVM自动管理内存的重要机制，它能够回收不再使用的对象所占用的内存空间。

  • GC Roots可达性分析：垃圾回收器从GC Roots开始，向上搜索可达的对象，不可达的对象即为垃圾。GC Roots包括线程栈、方法区中的静态变量、常量池等。
  • 分代收集理论：分代收集理论将堆内存分为多个区域，如新生代、老年代等。针对不同区域采取不同的回收策略，以提高垃圾回收的效率。
  • 引用类型：Java中的引用类型包括强引用、软引用、弱引用和虚引用。强引用是最常见的引用类型，它确保被引用的对象不会被垃圾回收。软引用和弱引用则允许垃圾回收器在内存不足时回收这些对象。虚引用则是一个指向对象的弱引用，它没有任何实际的作用，仅用于在对象被回收时执行特定的操作。
  • 垃圾回收算法：常见的垃圾回收算法有标记-清除、复制、整理算法等。标记-清除算法是最简单的垃圾回收算法，它通过标记和清除两个步骤来回收垃圾。复制算法将堆内存分为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域，当该区域快满时，将存活的对象复制到另一个区域，并清空原区域。整理算法则是将存活的对象移动到堆内存的一端，清理掉剩余的内存空间。
  • 并发收集器：并发收集器在执行垃圾回收时尽量减少对应用程序的干扰。例如，CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器在垃圾回收过程中，与应用程序并发执行，减少停顿时间。G1（Garbage-First）收集器则是通过将堆内存划分为多个区域，优先回收垃圾最多的区域，减少停顿时间。
  • 停顿时间控制策略：通过调整垃圾回收算法和策略，可以控制垃圾回收时的停顿时间。例如，可以通过调整JVM参数来控制CMS收集器的停顿时间。
性能调优

JVM性能调优是确保Java应用程序高效运行的关键。

  • JVM参数配置：通过调整JVM启动参数，如Xms、Xmx等，可以优化内存使用。例如，可以通过设置-Xms和-Xmx参数来指定堆内存的初始大小和最大大小。
  • 内存泄漏诊断：内存泄漏是指程序中已经无法使用的对象所占用的内存空间没有被释放。内存泄漏会导致内存使用逐渐增加，最终导致内存溢出。可以使用内存分析工具（如MAT、VisualVM等）来诊断内存泄漏问题。
  • JIT编译优化：JIT编译器会对字节码进行即时编译，优化程序性能。可以通过调整JVM参数来启用JIT编译优化，例如，可以通过设置-XX:+UseJITCompilerAndProfiler参数来启用JIT编译优化。

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运行过程：调用T.count时，首先将T.class通过app加载到内存，再经过Verification进行校验，之后再通过Preparation对T里面的静态成员变量赋默认值，此时t是空值,，count是0，再进行Resolution，之后再通过Initializing对静态成员变量赋初始值，此时t会被赋值new T()，对count++，此时count是1，之后count又被赋值为2，因此count为2。所用到的类库，会在class文件被加载到 JVM的同时，也被装载到类加载器中。
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类加载机制：在类加载过程中，类加载器会首先尝试从系统类路径（classpath）中查找类的定义，如果找不到，则尝试从父类加载器中查找。这个过程保证了Java程序的类加载机制的安全性。Java虚拟机中的类加载器主要有Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和Application ClassLoader。类加载过程：在加载阶段，JVM会使用读取类文件，然后通过生成Class对象。在连接阶段，验证器会检查Class对象中的字节码是否安全，包括类型检查、常量池检查等。
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07-01 686
开发者可以自定义类加载器，以满足特定的加载需求。例如，可以实现一个网络类加载器，从远程服务器加载类文件。模块定义文件（module-info.java）用于描述模块的依赖关系、提供的API等。
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自定义类加载器允许开发者控制类的加载过程，实现特定的类加载逻辑。通过继承类或实现接口，可以创建自定义类加载器。自定义类加载器可以用于实现不同的类加载策略，例如，实现热部署功能，允许在运行时动态加载和卸载类。自定义Starter可以帮助开发者快速集成第三方库。创建Maven项目。添加依赖。编写自动配置类。
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本篇博客给大家带来的是JVM的知识点, 重点在类加载和垃圾回收机制上.🐎文章专栏: JavaEE初阶🚀若有问题 评论区见❤如果你不知道分享给谁,那就分享给薯条.你们的支持是我不断创作的动力 .王子,公主请阅🚀1. JVM简介1.2 Taobao JVM(国产研发)1.3 JDK JRE JVM三者关系(经典面试题)2. JVM 运行流程★3. JVM运行时数据区(内存区域)3.1 堆(线程共享)3.2 Java虚拟机栈(线程私有)/本地方法栈。
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类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。缓存机制，缓存机制将会保证所有加载过的Class都会被缓存，当程序中需要使用某个Class时，类加载器先从缓存区寻找该Class，只有缓存区不存在，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换成Class对象，存入缓存区。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。
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06-26 768
自定义类加载器允许开发者在特定的类加载场景下，实现自己的类加载逻辑。例如，实现URL类加载器，用于从特定的URL加载类。自定义Starter可以帮助我们快速集成第三方库。例如，我们可以创建一个名为my-starter的Starter，将第三方库的依赖添加到Starter的pom.xml文件中，并提供一个自动配置类。自定义Endpoint允许我们扩展Actuator的功能。例如，我们可以创建一个自定义的Endpoint，用于获取应用的特定信息。
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更新于2019-12-15 10:38:00 本人从事Java开发已多年，平时有记录问题解决方案和总结知识点的习惯，整理了一些有关Java的知识体系，这不是最终版，会不定期的更新。也算是记录自己在从事编程工作的成长足迹，通过博客可以促进博主与阅读者的共同进步，结交更多志同道合的朋友。特此分享给大家，本人见识有限，写的博客难免有错误或者疏忽的地方，还望各位大佬指点，在此表示感激不尽。 文章目录...
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三相感应异步电机参数辨识：大厂成熟C代码与仿真模型指南 · S-Function v2.0
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三相感应异步电机参数辨识的方法及其大厂成熟的C代码实现。首先，通过直流电测量定子电阻，利用PWM输出和ADC模块获取电流样本，确保电流稳定并计算电阻。其次，采用交流注入法辨识转子电阻和漏感，通过PLL（锁相环）实现高精度相位跟踪。最后，通过递归最小二乘法辨识互感并计算空载电流。文中还提供了将C代码封装为S-Function用于Simulink仿真的方法，使仿真更加贴近实际硬件运行情况。 适合人群：从事电机控制领域的工程师和技术人员，尤其是对三相感应异步电机参数辨识感兴趣的读者。 使用场景及目标：适用于需要精确辨识三相感应异步电机参数的实际工程项目，如工业自动化、电力系统等领域。目标是在不同应用场景下提高电机性能和效率。 阅读建议：读者可以结合提供的C代码和仿真模型，在实践中逐步掌握参数辨识的具体实现方法，并根据具体需求调整代码和仿真设置。
Simulink永磁同步电机转矩控制模型复现与优化及其多种控制策略的应用
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基于Simulink平台对永磁同步电机（PMSM）进行转矩控制模型的复现及优化。作者通过采用dq轴磁链模型替代传统的磁链观测方法，有效解决了磁链估算中的积分漂移问题。文中展示了具体的MATLAB函数用于离散时间磁链观测，并提供了PID控制器参数设置，确保系统在负载变化时仍能保持稳定性能。此外，该模型支持多种高级控制策略如卡尔曼滤波、模型预测控制（MPC）、PID模糊控制以及滑模控制等的集成与测试。 适合人群：从事电力电子、自动化控制领域的研究人员和技术人员，特别是对永磁同步电机控制系统感兴趣的读者。 使用场景及目标：适用于需要深入理解和改进永磁同步电机控制系统的研究项目或工业应用。目标是在现有基础上进一步提升系统的响应速度、精度和平顺度。 其他说明：提供的模型不仅限于理论研究，还可以作为实际工程项目的基础，帮助工程师快速搭建并验证不同的控制算法。
langchain4j-open-ai-0.29.1.jar中文-英文对照文档.zip
07-26
1、压缩文件中包含： 中文-英文对照文档、jar包下载地址、Maven依赖、Gradle依赖、源代码下载地址。 2、使用方法： 解压最外层zip，再解压其中的zip包，双击 【index.html】 文件，即可用浏览器打开、进行查看。 3、特殊说明： （1）本文档为人性化翻译，精心制作，请放心使用； （2）只翻译了该翻译的内容，如：注释、说明、描述、用法讲解 等； （3）不该翻译的内容保持原样，如：类名、方法名、包名、类型、关键字、代码 等。 4、温馨提示： （1）为了防止解压后路径太长导致浏览器无法打开，推荐在解压时选择“解压到当前文件夹”（放心，自带文件夹，文件不会散落一地）； （2）有时，一套Java组件会有多个jar，所以在下载前，请仔细阅读本篇描述，以确保这就是你需要的文件。 5、本文件关键字： jar中文-英文对照文档.zip,java,jar包,Maven,第三方jar包,组件,开源组件,第三方组件,Gradle,中文API文档,手册,开发手册,使用手册,参考手册。
微信机器人标题 V1 创建时间：21:34
最新发布
07-26
资源下载链接为： https://pan.quark.cn/s/dcc8bce43c34 基于 hanson/vbot 项目开发。 感谢 hanson/vbot 项目、Swoole 以及图灵机器人提供的支持与技术基础。 项目具备完善的稳定性保障机制，通过进程监控与自动恢复功能确保服务持续运行。多用户登录场景下，可灵活调整进程数适配需求。核心功能依赖现有成熟库实现，聚焦于通过 Swoole 优化运行模式，兼顾功能扩展性与稳定性。使用前需完成环境配置与图灵机器人密钥设置，确保交互功能正常启用。
基于MATLAB Simulink的六脉冲高压直流输电系统稳态与瞬态性能研究
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利用MATLAB Simulink构建和分析一个500MW（250kv-2kv）的六脉冲高压直流输电系统。首先，从学生的角度出发，介绍初次接触这种复杂系统的体验；接着，从IT人士的角度，强调模型搭建与参数设定的精确性；然后，由技术专家进行稳态性能测试，确保系统在不同负载条件下的稳定运行；最后，通过场景模拟评估系统的瞬态性能，如负载突变和设备故障等情况。文中还提供了简单的Simulink模型搭建代码示例，帮助读者更好地理解和应用。 适合人群：电力工程专业的学生、从事电力系统研究的技术人员以及对电力电子感兴趣的IT人士。 使用场景及目标：① 学习高压直流输电系统的工作原理及其建模方法；② 掌握稳态和瞬态性能的测试技巧；③ 提升对电力电子技术的理解和应用能力。 其他说明：文章不仅涵盖了理论知识，还包括实际操作步骤和代码示例，有助于读者全面掌握相关技能。
联想新路由Newifi R6830编程器固件更新
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