带你领略JVM全貌

Posted 2022-03-03 风某人~Wind

JVM，全称Java Virtual Machine （Java虚拟机）就是一个虚构出来的虚拟机，是通过在实际的计算机上模拟计算机的各种功能来实现的。现在jdk1.8的虚拟机是由HoSpot来实现的。

我们常说，Java是一种跨平台的语言，其实就是因为Java虚拟机跨平台，Java虚拟机其实和java并没有多大关系，他只和class文件有关系，任何一门语言，只要你能编译成class文件，就能在Jvm上执行，文章有点长，请耐心看完。

Java类加载过程

1. 一个.java文件会先通过javac前端编译器把java文件编译成class字节码文件

2. 然后通过类加载器把class文件加载到内存中，通过双亲委派机制进行依次加载，

3. 加载到内存以后需要对class文件进行验证，判断class文件是否合法。

4. 为class类文件中的静态变量赋初始值，比如 int  = 0; int 初始值就是0；

5. 把常量池中的符号引用变为直接引用，就是把常量池中的类，属性等变为指向具体内存的地址。

6. 把静态变量赋默认值。

双亲委派机制

  一个class文件，它需要被加载到内存中，是通过类加载器去加载的，每个类加载器自身都维护了一个缓存。

  1. 首先加载一个class文件，它会先去自定义类加载器缓存中找，如果没找到，再往上找，一直找到Bootstrap类加载器了，还没找到的话，bootstarp 就会判断这个class文件是否属于它加载的范围，因为每个类加载器都有加载的范围，如果没找到，就会往下通知下一级的类加载器把这个class文件加载进来，直到把这个class文件加载进来，如果到自定义类加载器中还没找到这个class文件，就会报异常： class not found ;

类加载器加载范围：

Bootstarp类加载器：主要加载lib/rt.jar包，charset.jar包等核心类

Extension类加载器：主要加载扩展包，jre/lib/ext/*.jar 下面的包

App类加载器：主要加载classpath中的一些class文件

自定义类加载器： 自定义类加载范围

双亲委派模式作用：主要是为了安全。

JVM内存模型

1. 方法区(Method Area)

   主要存储已经被JVM加载的常量，静态变量，该区属于线程共享区。

2. 堆（Heap）

   堆在jvm虚拟机启动时创建，一般所有初始化的实例都是在堆中开辟空间来存放。

   堆中内存一般分为新生代和老年代

        1. 新生代区域中，用来存放新生对象，划分了一个 eden 区和两个Survivor区，内存比例为8：1：1 。

        2. 老年代区域中，存放的一些顽固分子（分代年龄超过15的）和一些比较大的对象。

        分代年龄：每个对象的对象头上，一般都会记录锁标记和分代年龄，分代年龄只分配了4bit 去记录，所以最大值为15，即（1111 二进制转化为十进制就是15 ，16就是5bit了），每次Eden区触发垃圾回收的时候，当这个对象经过这次垃圾回收之后，还存在，则就是没有被回收的情况下，分代年龄+1；

3. 虚拟机栈(VM stack)

 虚拟机栈是属于线程私有的，它里面存的是一个个的栈帧，每个线程都会创建一个栈帧，线程所有的局部变量都会存在栈帧的局部变量表中，它也会根据线程结束而销毁。

每个栈帧都有以下几块区域：

1. 局部变量表：用来专门存储局部变量信息的。

2. 操作数栈：用来计算值的栈空间.

3. 动态链接：当前这个方法如果需要调用其他方法，这个链接会指定其他方法的地址链接.

4. 方法返回地址：当前这个方法执行完以后，需要返回的地址。

4. 本地方法栈(Navive Method stack)

里面存储都是供虚拟机调用的一些系统方法服务，不属于java的方法。

5. 程序计数器(Program Counter Register)

 主要用来记录字节码文件运行到哪个位置的指针，就比如说，字节码文件跑到30行，它就是指在这个地方的指针。

JVM对垃圾的定义

         当这个对象没有任何一个引用指向他的时候，就可以称这个对象为垃圾。

 判断一个对象是否为垃圾的方法

        1. 引用计数器

            每个对象上都有一个引用计数器，用来统计一共有多少个引用指向它，如果这个引用为0的时候，系统就判定这个对象为垃圾，但是这种解决不了循环引用的垃圾。

         循环引用：A对象引用B对象，B对象引用A对象，就会导致这两个对象都无法回收。

        2. 根可达算法

         根据JVM的根对象去找，如果没有被根对象直接或者间接引用的对象都是垃圾。

        JVM根对象包括：JVM栈变量，静态变量，常量池。

JVM垃圾回收算法

        1. 标记清除算法

  

           先对垃圾进行标记，然后一个一个的清除。

           缺点：内存中会存在很多碎片化的片段，上图中b，d区域中的空间回收了以后，就产生了        这种断断续续的碎片化空间

        2. 标记整理算法

         标记整理算法会在标记清除的基础上，在对内存空间进行整理

        优点：没有碎片化的空间

        缺点：效率上没有标记清除快，需要对内存操作两次，1次清除，1次整理。

        3. 拷贝算法

         拷贝算法会先把A空间中的存活对象全部先拷贝到B空间，然后把A空间所有数据全部清空。

        优点：速度效率比较快

        缺点：比较浪费空间

JVM垃圾回收器

        线程安全点： 当系统执行FGC的时候，在所有业务线程会进入线程安全点，这时候所有业务线程都会停止，垃圾回收线程启动，执行垃圾回收。

        1. serial new + serial old

           单线程串行垃圾回收器，serial new   新生代使用的拷贝算法，serial old  老年代使用的是标记整理算法，以前老版本才会使用的，现在已经过时了。

        2. parallel scavenge + parallel old   

        jdk1.8 默认垃圾回收器，多线程并行垃圾回收期， parallel  scavenge 新生代使用的是拷贝算法，parallel old 老年代使用的是标记整理算法

        3. parnew + cms

          cms 是一个并行的垃圾回收器，这个并行和ps + po 不同，它这个垃圾回收器进行垃圾回收的时候，业务线程不会停止，还可以继续响应，只不过吞吐量比较慢。

        4. G1

        G1 也是一个并行的垃圾回收器，他也是在执行垃圾回收的时候，业务线程不会停止，这点和CMS很像，但是他是采用内存分区的方式来管理堆内存的，回收的时候是以区为单位进行回收的，jdk1.9默认指定的垃圾回收器就是G1。

JVM什么时候触发垃圾回收？

分两种

1. CMS和G1垃圾回收器，新生代在内存满的时候进行回收，老年代一般在百分之多少可以回收，这个值可以设置，默认为92%；

2.其他垃圾回收器，都是在新生代满的时候触发YGC，老年代满了，新生代也满了就会触发FGC，然后老年代和新生代一起进行垃圾回收。

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