1. JVM生命周期

啟動。啟動一個Java程序時，一個JVM實例就產(chǎn)生了，任何一個擁有public static void main(String[] args)函數(shù)的class都可以作為JVM實例運行的起點。

運行。main()作為該程序初始線程的起點，任何其他線程均由該線程啟動。

消亡。當(dāng)程序中的所有非守護線程都終止時，JVM才退出；若安全管理器允許，程序也可以使用Runtime類或者System.exit()來退出。

一個運行中的Java虛擬機有著一個清晰的任務(wù)：執(zhí)行Java程序。程序開始執(zhí)行時他才運行，程序結(jié)束時他就停止。你在同一臺機器上運行三個程序，就會有三個運行中的Java虛擬機。 Java虛擬機總是開始于一個main()方法，這個方法必須是公有、返回void、直接受一個字符串?dāng)?shù)組。在程序執(zhí)行時，你必須給Java虛擬機指明這個包換main()方法的類名。main()方法是程序的起點，他被執(zhí)行的線程初始化為程序的初始線程。程序中其他的線程都由他來啟動。

Java中的線程分為兩種：守護線程 (daemon)和普通線程(non-daemon)。守護線程是Java虛擬機自己使用的線程，比如負(fù)責(zé)垃圾收集的線程就是一個守護線程。當(dāng)然，你也可以把自己的程序設(shè)置為守護線程。包含main()方法的初始線程不是守護線程。

只要Java虛擬機中還有普通的線程在執(zhí)行，Java虛擬機就不會停止。如果有足夠的權(quán)限，你可以調(diào)用exit()方法終止程序。

2. JVM體系結(jié)構(gòu)

1) 類裝載器(ClassLoader)(用來裝載.class文件)

2) 執(zhí)行引擎(執(zhí)行字節(jié)碼，或者執(zhí)行本地方法)

3) 運行時數(shù)據(jù)區(qū)(方法區(qū)、堆、java棧、PC寄存器、本地方法棧)

3. JVM運行時數(shù)據(jù)區(qū)

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3.1 Java堆(Heap)

被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機啟動時創(chuàng)建

用來存儲對象實例

可以通過-Xmx和-Xms控制堆的大小

OutOfMemoryError異常：當(dāng)在堆中沒有內(nèi)存完成實例分配，且堆也無法再擴展時。

java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域。java堆還可以細分為：新生代(New/Young)、舊生代/年老代(Old/Tenured)。持久代(Permanent)在方法區(qū)，不屬于Heap。

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新生代：新建的對象都由新生代分配內(nèi)存。常常又被劃分為Eden區(qū)和Survivor區(qū)。Eden空間不足時會把存活的對象轉(zhuǎn)移到Survivor。新生代的大小可由-Xmn控制，也可用-XX:SurvivorRatio控制Eden和Survivor的比例。

舊生代：存放經(jīng)過多次垃圾回收仍然存活的對象。

持久代：存放靜態(tài)文件，如今Java類、方法等。持久代在方法區(qū)，對垃圾回收沒有顯著影響。

3.2 方法區(qū)

線程間共享

用于存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)

OutOfMemoryError異常：當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存的分配需求時

運行時常量池

方法區(qū)的一部分

用于存放編譯期生成的各種字面量與符號引用，如String類型常量就存放在常量池

OutOfMemoryError異常：當(dāng)常量池?zé)o法再申請到內(nèi)存時

3.3 java虛擬機棧(VM Stack)

線程私有，生命周期與線程相同

存儲方法的局部變量表(基本類型、對象引用)、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。

java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型，每個方法執(zhí)行的同時都會創(chuàng)建一個棧幀，每一個方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過程，就對應(yīng)著一個棧幀在虛擬機棧中從入棧到出棧的過程。

StackOverflowError異常：當(dāng)線程請求的棧深度大于虛擬機所允許的深度

OutOfMemoryError異常：如果棧的擴展時無法申請到足夠的內(nèi)存

JVM棧是線程私有的，每個線程創(chuàng)建的同時都會創(chuàng)建JVM棧，JVM棧中存放的為當(dāng)前線程中局部基本類型的變量、部分的返回結(jié)果以及Stack Frame。其他引用類型的對象在JVM棧上僅存放變量名和指向堆上對象實例的首地址。

3.4 本地方法棧(Native Method Stack)

與虛擬機棧相似，主要為虛擬機使用到的Native方法服務(wù)，在HotSpot虛擬機中直接把本地方法棧與虛擬機棧二合一

3.5 程序計數(shù)器(Program Counter Register)

當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器

當(dāng)前線程私有

不會出現(xiàn)OutOfMemoryError情況

3.6 直接內(nèi)存(Direct Memory)

直接內(nèi)存并不是虛擬機運行的一部分，也不是Java虛擬機規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域，但是這部分內(nèi)存也被頻繁使用

NIO可以使用Native函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存，堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內(nèi)存的引用進行操作

大小不受Java堆大小的限制，受本機(服務(wù)器)內(nèi)存限制

OutOfMemoryError異常：系統(tǒng)內(nèi)存不足時

總結(jié)：Java對象實例存放在堆中；常量存放在方法區(qū)的常量池；虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)放在方法區(qū)；以上區(qū)域是所有線程共享的。棧是線程私有的，存放該方法的局部變量表(基本類型、對象引用)、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。

一個Java程序?qū)?yīng)一個JVM，一個方法(線程)對應(yīng)一個Java棧。

4. Java代碼的編譯和執(zhí)行過程

Java代碼的編譯和執(zhí)行包括了三個重要機制：

(1)Java源碼編譯機制(.java源代碼文件 -> .class字節(jié)碼文件)

(2)類加載機制(ClassLoader)

(3)類執(zhí)行機制(JVM執(zhí)行引擎)

4.1 Java源碼編譯機制

Java源代碼是不能被機器識別的，需要先經(jīng)過編譯器編譯成JVM可以執(zhí)行的.class字節(jié)碼文件，再由解釋器解釋運行。即：Java源文件(.java) -- Java編譯器 --> Java字節(jié)碼文件 (.class) -- Java解釋器 --> 執(zhí)行。流程圖如下：

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字節(jié)碼文件(.class)是平臺無關(guān)的。

Java中字符只以一種形式存在：Unicode。字符轉(zhuǎn)換發(fā)生在JVM和OS交界處(Reader/Writer)。

最后生成的class文件由以下部分組成：

結(jié)構(gòu)信息。包括class文件格式版本號及各部分的數(shù)量與大小的信息

元數(shù)據(jù)。對應(yīng)于Java源碼中聲明與常量的信息。包含類/繼承的超類/實現(xiàn)的接口的聲明信息、域與方法聲明信息和常量池

方法信息。對應(yīng)Java源碼中語句和表達式對應(yīng)的信息。包含字節(jié)碼、異常處理器表、求值棧與局部變量區(qū)大小、求值棧的類型記錄、調(diào)試符號信息

4.2 類加載機制(ClassLoader)

Java程序并不一個可執(zhí)行文件，是由多個獨立的類文件組成。這些類文件并非一次性全部裝入內(nèi)存，而是依據(jù)程序逐步載入。

JVM的類加載是通過ClassLoader及其子類來完成的，類的層次關(guān)系和加載順序可以由下圖來描述：

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(1)Bootstrap ClassLoader

JVM的根ClassLoader，由C++實現(xiàn)

加載Java的核心API：$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar中所有class文件的加載，這個jar中包含了java規(guī)范定義的所有接口以及實現(xiàn)。

JVM啟動時即初始化此ClassLoader

(2)Extension ClassLoader

加載Java擴展API(lib/ext中的類)

(3)App ClassLoader

加載Classpath目錄下定義的class

(4)Custom ClassLoader

屬于應(yīng)用程序根據(jù)自身需要自定義的ClassLoader，如tomcat、jboss都會根據(jù)J2EE規(guī)范自行實現(xiàn)ClassLoader

加載過程中會先檢查類是否被已加載，檢查順序是自底向上，從Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐層檢查，只要某個classloader已加載就視為已加載此類，保證此類只所有ClassLoader加載一次。而加載的順序是自頂向下，也就是由上層來逐層嘗試加載此類。

雙親委派機制

JVM在加載類時默認(rèn)采用的是雙親委派機制。通俗的講，就是某個特定的類加載器在接到加載類的請求時，首先將加載任務(wù)委托給父類加載器，依次遞歸。如果父類加載器可以完成類加載任務(wù)，就成功返回；只有父類加載器無法完成此加載任務(wù)時，才自己去加載。

作用：1)避免重復(fù)加載；2)更安全。如果不是雙親委派，那么用戶在自己的classpath編寫了一個java.lang.Object的類，那就無法保證Object的唯一性。所以使用雙親委派，即使自己編寫了，但是永遠都不會被加載運行。

破壞雙親委派機制

雙親委派機制并不是一種強制性的約束模型，而是Java設(shè)計者推薦給開發(fā)者的類加載器實現(xiàn)方式。

線程上下文類加載器，這個類加載器可以通過java.lang.Thread類的setContextClassLoader()方法進行設(shè)置，如果創(chuàng)建線程時還未設(shè)置，它將會從父線程中繼承一個，如果在應(yīng)用程序的全局范圍內(nèi)都沒有設(shè)置過的話，那么這個類加載器就是應(yīng)用程序類加載器。像JDBC就是采用了這種方式。這種行為就是逆向使用了加載器，違背了雙親委派模型的一般性原則。

4.3 類執(zhí)行機制

Java字節(jié)碼的執(zhí)行是由JVM執(zhí)行引擎來完成，流程圖如下所示：

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JVM是基于棧的體系結(jié)構(gòu)來執(zhí)行class字節(jié)碼的。線程創(chuàng)建后，都會產(chǎn)生程序計數(shù)器(PC)和棧(Stack)，程序計數(shù)器存放下一條要執(zhí)行的指令在方法內(nèi)的偏移量，棧中存放一個個棧幀，每個棧幀對應(yīng)著每個方法的每次調(diào)用，而棧幀又是有局部變量區(qū)和操作數(shù)棧兩部分組成，局部變量區(qū)用于存放方法中的局部變量和參數(shù)，操作數(shù)棧中用于存放方法執(zhí)行過程中產(chǎn)生的中間結(jié)果。

主要的執(zhí)行技術(shù)：解釋，即時編譯，自適應(yīng)優(yōu)化、芯片級直接執(zhí)行

解釋屬于第一代JVM，

即時編譯JIT屬于第二代JVM，

自適應(yīng)優(yōu)化(目前Sun的HotspotJVM采用這種技術(shù))則吸取第一代JVM和第二代JVM的經(jīng)驗，采用兩者結(jié)合的方式

開始對所有的代碼都采取解釋執(zhí)行的方式，并監(jiān)視代碼執(zhí)行情況。對那些經(jīng)常調(diào)用的方法啟動一個后臺線程，將其編譯為本地代碼，并進行優(yōu)化。若方法不再頻繁使用，則取消編譯過的代碼，仍對其進行解釋執(zhí)行。

5. JVM垃圾回收(GC)

GC的基本原理：將內(nèi)存中不再被引用的對象進行回收，GC中用于回收的方法稱為收集器。垃圾：不再被引用的對象。

由于GC需要消耗一些資源和時間，Java在對對象的生命周期特征進行分析后，按照新生代、舊生代的方式來對對象進行收集，以盡可能的縮短GC對應(yīng)用造成的暫停。

對新生代的對象的收集稱為minor GC；

對舊生代的對象的收集稱為Full GC；

程序中主動調(diào)用System.gc()的GC為Full GC。

Java垃圾回收是單獨的后臺線程gc執(zhí)行的，自動運行無需顯示調(diào)用。即使主動調(diào)用了java.lang.System.gc()，該方法也只會提醒系統(tǒng)進行垃圾回收，但系統(tǒng)不一定會回應(yīng)，可能會不予理睬。

判斷一塊內(nèi)存空間是否符合回收標(biāo)準(zhǔn)：

(1)對象賦予了空值，且之后再未調(diào)用(obj = null;)

(2)對象賦予了新值，即重新分配了內(nèi)存空間(obj = new Obj();)

內(nèi)存泄漏：程序中保留著對永遠不再使用的對象的引用。因此這些對象不回被GC回收，卻一直占用內(nèi)存空間卻毫無用處。即：1)對象是可達的；2)對象是無用的。滿足這兩個條件即可判定為內(nèi)存泄漏。

應(yīng)確保不需要的對象不可達，通常采用將對象字段設(shè)置為null的方式，或從容器collection中移除對象。局部變量不再使用時無需顯示設(shè)置為null，因為對局部變量的引用會隨著方法的退出而自動清除。

內(nèi)存泄露的原因：1)全局集合；2)緩存；3)ClassLoader

6. 內(nèi)存調(diào)優(yōu)

調(diào)優(yōu)目的：減少GC的頻率尤其是Full GC的次數(shù)，過多的GC會占用很多系統(tǒng)資源影響吞吐量。特別要關(guān)注Full GC，因為它會對整個堆進行整理。

主要手段：JVM調(diào)優(yōu)主要通過配置JVM的參數(shù)來提高垃圾回收的速度，合理分配堆內(nèi)存各部分的比例。

導(dǎo)致Full GC的幾種情況和調(diào)優(yōu)策略：

舊生代空間不足

調(diào)優(yōu)時盡量讓對象在新生代GC時被回收、讓對象在新生代多存活一段時間和不要創(chuàng)建過大的對象及數(shù)組避免直接在舊生代創(chuàng)建對象

持久代(Pemanet Generation)空間不足

增大Perm Gen空間，避免太多靜態(tài)對象

統(tǒng)計得到的GC后晉升到舊生代的平均大小大于舊生代剩余空間

控制好新生代和舊生代的比例

System.gc()被顯示調(diào)用

垃圾回收不要手動觸發(fā)，盡量依靠JVM自身的機制

堆內(nèi)存比例不良設(shè)置會導(dǎo)致什么后果：

1)新生代設(shè)置過小

一是新生代GC次數(shù)非常頻繁，增大系統(tǒng)消耗；二是導(dǎo)致大對象直接進入舊生代，占據(jù)了舊生代剩余空間，誘發(fā)Full GC

2)新生代設(shè)置過大

一是新生代設(shè)置過大會導(dǎo)致舊生代過小(堆總量一定)，從而誘發(fā)Full GC；二是新生代GC耗時大幅度增加

一般說來新生代占整個堆1/3比較合適

3)Survivor設(shè)置過小

導(dǎo)致對象從eden直接到達舊生代，降低了在新生代的存活時間

4)Survivor設(shè)置過大

導(dǎo)致eden過小，增加了GC頻率

另外，通過-XX:MaxTenuringThreshold=n來控制新生代存活時間，盡量讓對象在新生代被回收

JVM提供兩種較為簡單的GC策略的設(shè)置方式：

1)吞吐量優(yōu)先

JVM以吞吐量為指標(biāo)，自行選擇相應(yīng)的GC策略及控制新生代與舊生代的大小比例，來達到吞吐量指標(biāo)。這個值可由-XX:GCTimeRatio=n來設(shè)置

2)暫停時間優(yōu)先

JVM以暫停時間為指標(biāo)，自行選擇相應(yīng)的GC策略及控制新生代與舊生代的大小比例，盡量保證每次GC造成的應(yīng)用停止時間都在指定的數(shù)值范圍內(nèi)完成。這個值可由-XX:MaxGCPauseRatio=n來設(shè)置

JVM常見配置

堆設(shè)置

-Xms:初始堆大小

-Xmx:最大堆大小

-XX:NewSize=n:設(shè)置年輕代大小

-XX:NewRatio=n:設(shè)置年輕代和年老代的比值。如:為3，表示年輕代與年老代比值為1：3，年輕代占整個年輕代年老代和的1/4

-XX:SurvivorRatio=n:年輕代中Eden區(qū)與兩個Survivor區(qū)的比值。注意Survivor區(qū)有兩個。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一個Survivor區(qū)占整個年輕代的1/5

-XX:MaxPermSize=n:設(shè)置持久代大小

收集器設(shè)置

-XX:+UseSerialGC:設(shè)置串行收集器

-XX:+UseParallelGC:設(shè)置并行收集器

-XX:+UseParalledlOldGC:設(shè)置并行年老代收集器

-XX:+UseConcMarkSweepGC:設(shè)置并發(fā)收集器

垃圾回收統(tǒng)計信息

-XX:+PrintGC

-XX:+PrintGCDetails

-XX:+PrintGCTimeStamps

-Xloggc:filename

并行收集器設(shè)置

-XX:ParallelGCThreads=n:設(shè)置并行收集器收集時使用的CPU數(shù)。并行收集線程數(shù)。

-XX:MaxGCPauseMillis=n:設(shè)置并行收集最大暫停時間

-XX:GCTimeRatio=n:設(shè)置垃圾回收時間占程序運行時間的百分比。公式為1/(1+n)

并發(fā)收集器設(shè)置

-XX:+CMSIncrementalMode:設(shè)置為增量模式。適用于單CPU情況。

-XX:ParallelGCThreads=n:設(shè)置并發(fā)收集器年輕代收集方式為并行收集時，使用的CPU數(shù)。并行收集線程數(shù)。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的简书 java jvm_详细介绍Java虚拟机（JVM）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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