VM虚拟机，啥是jvm？jvm和jre，jdk的关系是什么？jvm原理是什么？

最新推荐文章于 2025-04-12 18:23:08 发布

孤礬

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分类专栏：笔记文章标签： jvm java 开发语言

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本文深入探讨了JVM（Java Virtual Machine）的工作原理，包括其与JRE、JDK的关系。JVM作为Java运行环境的一部分，负责将字节码转换为机器码执行。讲解了类加载、执行引擎、运行时数据区等核心组件，并阐述了JVM内存的堆和栈管理。重点讨论了垃圾回收机制，如标记-清除、复制、标记-整理算法，以及如何通过减少GC频率、优化内存分配等方式提升性能。此外，还提到了监控和分析CPU、内存、I/O以进行性能调优的方法。

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JVM虚拟机，啥是jvm？jvm和jre，jdk的关系是什么？jvm原理是什么？

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。
Java 虚拟机 (JVM)是提供运行时环境来驱动 Java 代码或应用程序的引擎。它将 Java 字节码转换为机器语言。JVM 是
Java 运行环境 (JRE) 的一部分。在其他编程语言中，编译器为特定系统生成机器代码。但是，Java编译器为称为Java
虚拟机的虚拟机生成代码
JDK是整个JAVA的核心，包括了Java运行环境JRE，一堆Java工具和Java基础的类库。通过JDK开发人员将源码文件(java文件)编译成字节码文件(class文件)。
JRE是Java运行环境，不含开发环境，即没有编译器和调试器。将class文件加载到内存准备运行
在JRE中就自带了JVM虚拟机,在操作系统上独立出了一个虚拟的操作系统JVM实现跨平台，JAVA代码的运行是运行在JVM虚拟机上，从而达到与操作系统无关

在这里插入图片描述

执行 javac 命令编译源代码为字节码
执行 java 命令
创建 JVM，调用类加载子系统加载 class，将类的信息存入方法区
创建 main 线程，使用的内存区域是 JVM 虚拟机栈，开始执行 main 方法代码
如果遇到了未见过的类，会继续触发类加载过程，同样会存入方法区
需要创建对象，会使用堆内存来存储对象
不再使用的对象，会由垃圾回收器在内存不足时回收其内存
调用方法时，方法内的局部变量、方法参数所使用的是 JVM 虚拟机栈中的栈帧内存
调用方法时，先要到方法区获得到该方法的字节码指令，由解释器将字节码指令解释为机器码执行
调用方法时，会将要执行的指令行号读到程序计数器，这样当发生了线程切换，恢复时就可以从中断的位置继续
对于非 java 实现的方法调用，使用内存称为本地方法栈（见说明）
对于热点方法调用，或者频繁的循环代码，由 JIT 即时编译器将这些代码编译成机器码缓存，提高执行性能

1 在java中，哪些内存会被回收？如何判断对象是否可以被回收？

1.1 引用计数法：

引用计数法是为对象添加一个引用计数器，然后用一块额外的内存区域来存储每个对象被引用的次数，当对象每有一个地方引用它时，那我们对该对象的引用计数就会加1，反之每有一个引用失效时，我们对该对象的引用计数就会减1，当对象的被引用次数为0时，那么我们可以认为这个对象是不会被再次使用了，通过这种方式我们能快速直观的定位到这些可回收的对象，从而进行清理。

引用计数法缺陷：

1、无法解决循环引用的问题

引用计数法虽然很直观高效，但是通过引用计数法是没办法扫描到一种特殊情况下的“可回收”对象，这种特殊情况就是对象循环引用的时候，比如A对象引用了B，B对象引用了A，除此之外他们两个没有被任何其他对象引用，那么其实这部分对象也属于“可回收”的对象，但是通过引用计数法是没办法定位的。
在这里插入图片描述

2.JVM包含那些组件

JVM的主要组成部分包括：类加载引擎，运行时数据区，执行引擎，本地库接口

· 两个子系统为Class loader(类装载)、Execution engine(执行引擎)； · 两个组件为Runtime data
area(运行时数据区)、Native Interface(本地接口)。 · Class
loader(类装载)：根据给定的全限定名类名(如：java.lang.Object)来装载class文件到Runtime data
area中的method area。 · Execution engine（执行引擎）：执行classes中的指令。 · Native
Interface(本地接口)：与native libraries交互，是其它编程语言交互的接口。 · Runtime data
area(运行时数据区域)：这就是我们常说的JVM的内存。

首先，通过类加载器（ClassLoader）会把 Java 代码转换成字节码；其次，运行时数据区（Runtime Data
Area）再把字节码加载到内存中，而字节码文件只是 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；
于是，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，再交由 CPU 去执行;
最后，此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。
栈：存放一些局部变量没有默认初始化值
基本数据类型 和 对象的引用
堆：存放new 的对象数组有初始值有地址值方法区：是各个线程共享的内存区域存储已被Java虚拟机加载的类信息、常量池、静态变量、以及编译器编译后的代码。
程序计数器：用于存储下一条指令的地址。
记住下一条jvm指令的执行地址 本地方法栈: 给本地方法提供内存空间,存放被native修饰的方法

3.JVM如何优化？

1. 减少GC的频率和Full GC次数，STW（stop the world）的停顿时间和次数避免使用大对象和数组的使用
2.根据自己的业务需求调整堆的内存分配比例
3.分配新生代和老年代的比例（默认1:2）
4.分配新生代里伊甸区和s0,s1的分配比例(默认8:1:1)

性能监控：问题没有发生，你并不知道你需要调优什么。此时需要一些系统、应用的监控工具来发现问题。
性能分析：问题已经发生，但是你并不知道问题到底出在哪里。此时就需要使用工具、经验对系统、应用进行瓶颈分析，以求定位到问题原因。
性能调优：经过上一步的分析定位到了问题所在，需要对问题进行解决，使用代码、配置等手段进行优化。对于jvm我们是使用os诊断
CPU、Memory、I/O 三个方面

Cpu: 对于 CPU 主要关注平均负载（Load Average），CPU 使用率，上下文切换次数
当程序响应变慢的时候，首先使用top、vmstat、ps等命令查看系统的cpu使用率是否有异常，从而可以判断出是否是cpu繁忙造成的性能问题。其中，主要通过us（用户进程所占的%）这个数据来看异常的进程信息。当us接近100%甚至更高时，可以确定是cpu繁忙造成的响应缓慢。一般说来，cpu繁忙的原因有以下几个
线程中有无限空循环、无阻塞、正则匹配或者单纯的计算发生了频繁的gc 多线程的上下文切换

内存：这个地方我们主要关注内存是否够用而对于java来说内存问题主要在堆内内存跟堆外内存

创建的对象：这个是存储在堆中的，需要控制好对象的数量和大小，尤其是大的对象很容易进入老年代频繁gc
全局集合：全局集合通常是生命周期比较长的，因此需要特别注意全局集合的使用 oom导致内存溢出
缓存：缓存选用的数据结构不同，会很大程序影响内存的大小和gc ClassLoader：主要是动态加载类容易造成永久代内存不足
多线程：线程分配会占用本地内存，过多的线程也会造成内存不足

Io:`I/O 包括磁盘 I/O 和网络 I/O，一般情况下磁盘更容易出现 I/O 瓶颈。通过 iostat 可以查看磁盘的读写情况，通过
CPU 的 I/O wait 可以看出磁盘 I/O 是否正常。如果磁盘 I/O
一直处于很高的状态，说明磁盘太慢或故障，成为了性能瓶颈，需要进行应用优化或者磁盘更换。

大量的随机读写设备慢文件太大