from:?https://uestc-dpz.github.io
?

JVM

Java 虛擬機(jī) Java 虛擬機(jī)（Java virtual machine，JVM）是運(yùn)行 Java 程序必不可少的機(jī)制。JVM實(shí)現(xiàn)了Java語(yǔ)言最重要的特征：即平臺(tái)無(wú)關(guān)性。原理：編譯后的 Java 程序指令并不直接在硬件系統(tǒng)的 CPU 上執(zhí)行，而是由 JVM 執(zhí)行。JVM屏蔽了與具體平臺(tái)相關(guān)的信息，使Java語(yǔ)言編譯程序只需要生成在JVM上運(yùn)行的目標(biāo)字節(jié)碼（.class）,就可以在多種平臺(tái)上不加修改地運(yùn)行。Java 虛擬機(jī)在執(zhí)行字節(jié)碼時(shí)，把字節(jié)碼解釋成具體平臺(tái)上的機(jī)器指令執(zhí)行。因此實(shí)現(xiàn)java平臺(tái)無(wú)關(guān)性。它是 Java 程序能在多平臺(tái)間進(jìn)行無(wú)縫移植的可靠保證，同時(shí)也是 Java 程序的安全檢驗(yàn)引擎（還進(jìn)行安全檢查）。

JVM 是 編譯后的 Java 程序（.class文件）和硬件系統(tǒng)之間的接口 （ 編譯后：javac 是收錄于 JDK 中的 Java 語(yǔ)言編譯器。該工具可以將后綴名為. java 的源文件編譯為后綴名為. class 的可以運(yùn)行于 Java 虛擬機(jī)的字節(jié)碼。）

---

JVM architecture:

圖片摘自?http://javapapers.com/java/ja...

JVM = 類(lèi)加載器 classloader + 執(zhí)行引擎 execution engine + 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域 runtime data area
classloader 把硬盤(pán)上的class 文件加載到JVM中的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域, 但是它不負(fù)責(zé)這個(gè)類(lèi)文件能否執(zhí)行，而這個(gè)是 執(zhí)行引擎 負(fù)責(zé)的。

---

classloader

作用：裝載.class文件
classloader 有兩種裝載class的方式 （時(shí)機(jī)）：

隱式：運(yùn)行過(guò)程中，碰到new方式生成對(duì)象時(shí)，隱式調(diào)用classLoader到JVM

顯式：通過(guò)class.forname()動(dòng)態(tài)加載

雙親委派模型（Parent Delegation Model）：

類(lèi)的加載過(guò)程采用雙親委托機(jī)制，這種機(jī)制能更好的保證 Java 平臺(tái)的安全。
該模型要求除了頂層的Bootstrap class loader啟動(dòng)類(lèi)加載器外，其余的類(lèi)加載器都應(yīng)當(dāng)有自己的父類(lèi)加載器。子類(lèi)加載器和父類(lèi)加載器不是以繼承（Inheritance）的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是通過(guò)組合（Composition）關(guān)系來(lái)復(fù)用父加載器的代碼。每個(gè)類(lèi)加載器都有自己的命名空間（由該加載器及所有父類(lèi)加載器所加載的類(lèi)組成，在同一個(gè)命名空間中，不會(huì)出現(xiàn)類(lèi)的完整名字（包括類(lèi)的包名）相同的兩個(gè)類(lèi)；在不同的命名空間中，有可能會(huì)出現(xiàn)類(lèi)的完整名字（包括類(lèi)的包名）相同的兩個(gè)類(lèi)）

雙親委派模型的工作過(guò)程為：

1.當(dāng)前 ClassLoader 首先從自己已經(jīng)加載的類(lèi)中查詢是否此類(lèi)已經(jīng)加載，如果已經(jīng)加載則直接返回原來(lái)已經(jīng)加載的類(lèi)。

每個(gè)類(lèi)加載器都有自己的加載緩存，當(dāng)一個(gè)類(lèi)被加載了以后就會(huì)放入緩存， 等下次加載的時(shí)候就可以直接返回了。

2.當(dāng)前 classLoader 的緩存中沒(méi)有找到被加載的類(lèi)的時(shí)候，委托父類(lèi)加載器去加載，父類(lèi)加載器采用同樣的策略，首先查看自己的緩存，然后委托父類(lèi)的父類(lèi)去加載，一直到 bootstrap ClassLoader.

當(dāng)所有的父類(lèi)加載器都沒(méi)有加載的時(shí)候，再由當(dāng)前的類(lèi)加載器加載，并將其放入它自己的緩存中，以便下次有加載請(qǐng)求的時(shí)候直接返回。

使用這種模型來(lái)組織類(lèi)加載器之間的關(guān)系的好處:
主要是為了安全性，避免用戶自己編寫(xiě)的類(lèi)動(dòng)態(tài)替換 Java 的一些核心類(lèi)，比如 String，同時(shí)也避免了重復(fù)加載，因?yàn)?JVM 中區(qū)分不同類(lèi)，不僅僅是根據(jù)類(lèi)名，相同的 class 文件被不同的 ClassLoader 加載就是不同的兩個(gè)類(lèi)，如果相互轉(zhuǎn)型的話會(huì)拋java.lang.ClassCaseException.

類(lèi)加載器 classloader 是具有層次結(jié)構(gòu)的，也就是父子關(guān)系。其中，Bootstrap 是所有類(lèi)加載器的父親。如下圖所示：
Bootstrap class loader：?父類(lèi)
當(dāng)運(yùn)行 java 虛擬機(jī)時(shí)，這個(gè)類(lèi)加載器被創(chuàng)建，它負(fù)責(zé)加載虛擬機(jī)的核心類(lèi)庫(kù)，如 java.lang.* 等。例如 java.lang.Object 就是由根類(lèi)加載器加載的。需要注意的是，這個(gè)類(lèi)加載器不是用 java 語(yǔ)言寫(xiě)的，而是用 C/C++ 寫(xiě)的。
Extension class loader:
這個(gè)加載器加載出了基本 API 之外的一些拓展類(lèi)。
AppClass Loader:
加載應(yīng)用程序和程序員自定義的類(lèi)。

除了以上虛擬機(jī)自帶的加載器以外，用戶還可以定制自己的類(lèi)加載器（User-defined Class Loader）。Java 提供了抽象類(lèi) java.lang.ClassLoader，所有用戶自定義的類(lèi)加載器應(yīng)該繼承 ClassLoader 類(lèi)。

這是JVM分工自治生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)很好的體現(xiàn)。

http://www.importnew.com/6581...

---

執(zhí)行引擎

作用： 執(zhí)行字節(jié)碼，或者執(zhí)行本地方法

runtime data area

JVM 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū) (JVM Runtime Area) 其實(shí)就是指 JVM 在運(yùn)行期間，其對(duì)JVM內(nèi)存空間的劃分和分配。JVM在運(yùn)行時(shí)將數(shù)據(jù)劃分為了6個(gè)區(qū)域來(lái)存儲(chǔ)。

程序員寫(xiě)的所有程序都被加載到運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域中，不同類(lèi)別存放在heap, java stack, native method stack, PC register, method area.

下面對(duì)各個(gè)部分的功能和存儲(chǔ)的內(nèi)容進(jìn)行描述：

1、PC程序計(jì)數(shù)器：一塊較小的內(nèi)存空間，可以看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器, NAMELY存儲(chǔ)每個(gè)線程下一步將執(zhí)行的JVM指令，如該方法為native的，則PC寄存器中不存儲(chǔ)任何信息。Java 的多線程機(jī)制離不開(kāi)程序計(jì)數(shù)器，每個(gè)線程都有一個(gè)自己的PC，以便完成不同線程上下文環(huán)境的切換。

2、java虛擬機(jī)棧：與 PC 一樣，java 虛擬機(jī)棧也是線程私有的。每一個(gè) JVM 線程都有自己的 java 虛擬機(jī)棧，這個(gè)棧與線程同時(shí)創(chuàng)建，它的生命周期與線程相同。虛擬機(jī)棧描述的是Java 方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法被執(zhí)行的時(shí)候都會(huì)同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個(gè)方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過(guò)程就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過(guò)程。

3、本地方法棧：與虛擬機(jī)棧的作用相似，虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行執(zhí)行java方法服務(wù)，而本地方法棧則為虛擬機(jī)使用到的本地方法服務(wù)。

4、Java堆：被所有線程共享的一塊存儲(chǔ)區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建，它是JVM用來(lái)存儲(chǔ)對(duì)象實(shí)例以及數(shù)組值的區(qū)域，可以認(rèn)為Java中所有通過(guò)new創(chuàng)建的對(duì)象的內(nèi)存都在此分配。

Java堆在JVM啟動(dòng)的時(shí)候就被創(chuàng)建，堆中儲(chǔ)存了各種對(duì)象，這些對(duì)象被自動(dòng)管理內(nèi)存系統(tǒng)（Automatic Storage Management System，也即是常說(shuō)的 “Garbage Collector（垃圾回收器）”）所管理。這些對(duì)象無(wú)需、也無(wú)法顯示地被銷(xiāo)毀。

JVM將Heap分為兩塊：新生代New Generation和舊生代Old Generation

Note:

• 堆在JVM是所有線程共享的，因此在其上進(jìn)行對(duì)象內(nèi)存的分配均需要進(jìn)行加鎖，這也是new開(kāi)銷(xiāo)比較大的原因。

• 鑒于上面的原因，Sun Hotspot JVM為了提升對(duì)象內(nèi)存分配的效率，對(duì)于所創(chuàng)建的線程都會(huì)分配一塊獨(dú)立的空間，這塊空間又稱(chēng)為T(mén)LAB

• TLAB僅作用于新生代的Eden Space，因此在編寫(xiě)Java程序時(shí)，通常多個(gè)小的對(duì)象比大的對(duì)象分配起來(lái)更加高效

5、方法區(qū)
方法區(qū)和堆區(qū)域一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲(chǔ)每一個(gè)類(lèi)的結(jié)構(gòu)信息，例如運(yùn)行時(shí)常量池，成員變量和方法數(shù)據(jù)，構(gòu)造函數(shù)和普通函數(shù)的字節(jié)碼內(nèi)容，還包括一些在類(lèi)、實(shí)例、接口初始化時(shí)用到的特殊方法。當(dāng)開(kāi)發(fā)人員在程序中通過(guò)Class對(duì)象中的getName、isInstance等方法獲取信息時(shí)，這些數(shù)據(jù)都來(lái)自方法區(qū)。

方法區(qū)也是全局共享的，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)候創(chuàng)建。在一定條件下它也會(huì)被GC。這塊區(qū)域?qū)?yīng)Permanent Generation 持久代。 XX：PermSize指定大小。

6、運(yùn)行時(shí)常量池
其空間從方法區(qū)中分配，存放的為類(lèi)中固定的常量信息、方法和域的引用信息。

---

GC

javapapers

Java garbage collection is an automatic process to manage the runtime memory used by programs. By doing it automatic JVM relieves the programmer of the overhead of assigning and freeing up memory resources in a program.
java 與 C語(yǔ)言相比的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，可以通過(guò)自己的JVM自動(dòng)分配和回收內(nèi)存空間。

何為GC？
垃圾回收機(jī)制是由垃圾收集器Garbage Collection GC來(lái)實(shí)現(xiàn)的，GC是后臺(tái)的守護(hù)進(jìn)程。它的特別之處是它是一個(gè)低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程，但是可以根據(jù)內(nèi)存的使用情況動(dòng)態(tài)的調(diào)整他的優(yōu)先級(jí)。因此，它是在內(nèi)存中低到一定限度時(shí)才會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存的回收。這就是垃圾回收的時(shí)間不確定的原因。

為何要這樣設(shè)計(jì)：因?yàn)镚C也是進(jìn)程，也要消耗CPU等資源，如果GC執(zhí)行過(guò)于頻繁會(huì)對(duì)java的程序的執(zhí)行產(chǎn)生較大的影響（java解釋器本來(lái)就不快），因此JVM的設(shè)計(jì)者們選著了不定期的gc。

GC有關(guān)的是: runtime data area 中的 heap（對(duì)象實(shí)例會(huì)存儲(chǔ)在這里） 和 gabage collector方法。
程序運(yùn)行期間，所有對(duì)象實(shí)例存儲(chǔ)在運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域的heap中，當(dāng)一個(gè)對(duì)象不再被引用（使用），它就需要被收回。在GC過(guò)程中，這些不再被使用的對(duì)象從heap中收回，這樣就會(huì)有空間被循環(huán)利用。
GC為內(nèi)存中不再使用的對(duì)象進(jìn)行回收，GC中調(diào)用回收的方法--收集器garbage collector. 由于GC要消耗一些資源和時(shí)間，Java 在對(duì)對(duì)象的生命周期特征（eden or survivor）進(jìn)行分析之后，采用了分代的方式進(jìn)行對(duì)象的收集，以縮短GC對(duì)應(yīng)用造成的暫停。

在垃圾回收器回收內(nèi)存之前，還需要一些清理工作。
因?yàn)槔厥誫c只能回收通過(guò)new關(guān)鍵字申請(qǐng)的內(nèi)存（在堆上），但是堆上的內(nèi)存并不完全是通過(guò)new申請(qǐng)分配的。還有一些本地方法（一般是調(diào)用的C方法）。這部分“特殊的內(nèi)存”如果不手動(dòng)釋放，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄露，gc是無(wú)法回收這部分內(nèi)存的。
所以需要在finalize中用本地方法(native method)如free操作等，再使用gc方法。顯示的GC方法是system.gc()

垃圾回收技術(shù)

方法一：引用計(jì)數(shù)法。簡(jiǎn)單但速度很慢。缺陷是：不能處理循環(huán)引用的情況。
方法二：停止-復(fù)制(stop and copy)。效率低，需要的空間大，優(yōu)點(diǎn)，不會(huì)產(chǎn)生碎片。
方法三：標(biāo)記 - 清除算法 (mark and sweep)。速度較快，占用空間少，標(biāo)記清除后會(huì)產(chǎn)生大量的碎片。

JAVA虛擬機(jī)中是如何做的？?
java的做法很聰明，我們稱(chēng)之為"自適應(yīng)"的垃圾回收器，或者是"自適應(yīng)的、分代的、停止-復(fù)制、標(biāo)記-清掃"式垃圾回收器。它會(huì)根據(jù)不同的環(huán)境和需要選擇不同的處理方式。

heap組成

由于GC需要消耗一些資源和時(shí)間的，Java在對(duì)對(duì)象的生命周期特征進(jìn)行分析后，采用了分代的方式來(lái)進(jìn)行對(duì)象的收集，即按照新生代、舊生代的方式來(lái)對(duì)對(duì)象進(jìn)行收集，以盡可能的縮短GC對(duì)應(yīng)用造成的暫停.
heap 的組成有三區(qū)域/世代：(可以理解隨著時(shí)間，對(duì)象實(shí)例不斷變換heap中的等級(jí)，有點(diǎn)像年級(jí))

新生代 Young Generation

Eden Space 任何新進(jìn)入運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域的實(shí)例都會(huì)存放在此

S0 Suvivor Space 存在時(shí)間較長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)垃圾回收沒(méi)有被清除的實(shí)例，就從Eden 搬到了S0

S1 Survivor Space 同理，存在時(shí)間更長(zhǎng)的實(shí)例，就從S0 搬到了S1

舊生代 Old Generation/tenured

同理，存在時(shí)間更長(zhǎng)的實(shí)例，對(duì)象多次回收沒(méi)被清除，就從S1?搬到了tenured

Perm 存放運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)

Java 不同的世代使用不同的 GC 算法。

Minor collection：
新生代 Young Generation 使用將 Eden 還有 Survivor 內(nèi)的數(shù)據(jù)利用 semi-space 做復(fù)制收集（Copying collection）， 并將原本 Survivor 內(nèi)經(jīng)過(guò)多次垃圾收集仍然存活的對(duì)象移動(dòng)到 Tenured。

Major collection 則會(huì)進(jìn)行 Minor collection，Tenured 世代則進(jìn)行標(biāo)記壓縮收集。

To note that:

這個(gè)搬運(yùn)工作都是GC 完成的，這也是garbage collector 的名字來(lái)源，而不是叫g(shù)arbage cleaner. GC負(fù)責(zé)在heap中搬運(yùn)實(shí)例，以及收回存儲(chǔ)空間。

GC工作原理

JVM 分別對(duì)新生代和舊生代采用不同的垃圾回收機(jī)制

何為垃圾？

Java中那些不可達(dá)的對(duì)象就會(huì)變成垃圾。那么什么叫做不可達(dá)？其實(shí)就是沒(méi)有辦法再引用到該對(duì)象了。主要有以下情況使對(duì)象變?yōu)槔?#xff1a;
1.對(duì)非線程的對(duì)象來(lái)說(shuō)，所有的活動(dòng)線程都不能訪問(wèn)該對(duì)象，那么該對(duì)象就會(huì)變?yōu)槔?br /> 2.對(duì)線程對(duì)象來(lái)說(shuō)，滿足上面的條件，且線程未啟動(dòng)或者已停止。

例如： (1)改變對(duì)象的引用，如置為null或者指向其他對(duì)象。 Object x=new Object();//object1 Object y=new Object();//object2 x=y;//object1 變?yōu)槔?x=y=null;//object2 變?yōu)槔?(2)超出作用域 if(i==0){ Object x=new Object();//object1 }//括號(hào)結(jié)束后object1將無(wú)法被引用，變?yōu)槔? (3)類(lèi)嵌套導(dǎo)致未完全釋放 class A{ A a; } A x= new A();//分配一個(gè)空間 x.a= new A();//又分配了一個(gè)空間 x=null;//將會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)垃圾 (4)線程中的垃圾 class A implements Runnable{ void run(){ //.... } } //main A x=new A();//object1 x.start(); x=null;//等線程執(zhí)行完后object1才被認(rèn)定為垃圾 這樣看，確實(shí)在代碼執(zhí)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多垃圾，不過(guò)不用擔(dān)心，java可以有效地處理他們。

---

JVM中將對(duì)象的引用分為了四種類(lèi)型，不同的對(duì)象引用類(lèi)型會(huì)造成GC采用不同的方法進(jìn)行回收：
（1）強(qiáng)引用：默認(rèn)情況下，對(duì)象采用的均為強(qiáng)引用

（GC不會(huì)回收）

（2）軟引用：軟引用是Java中提供的一種比較適合于緩存場(chǎng)景的應(yīng)用

（只有在內(nèi)存不夠用的情況下才會(huì)被GC）

（3）弱引用：在GC時(shí)一定會(huì)被GC回收
（4）虛引用：在GC時(shí)一定會(huì)被GC回收

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JVM 的 工作原理，层次结构 以及 GC工作原理的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。