Java虚拟机

主要内容

• JVM 的构成：

  • 类加载器：

    • 引导类加载器：负责加载 Java 核心类库（如 java.lang 包）。它是最顶层的类加载器，使用 C++ 编写，无法被 Java 代码直接访问。
    • 扩展类加载器：负责加载 JDK 的扩展库，通常位于 jre/lib/ext 目录下。它的父类是引导类加载器。
    • 应用类加载器：负责加载用户类路径下的类（如项目中的 .class 文件）。它的父类是扩展类加载器。
    • 双亲委派模型：类加载器采用双亲委派模型，确保类的唯一性和安全性。即当一个类加载器接收到类加载请求时，它会先委派给父类加载器进行加载，只有在父类加载器无法找到该类时，才会自己加载。

    示例：

    // 示例代码：自定义类加载器
    public class MyClassLoader extends ClassLoader {
        @Override
        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
            // 自定义加载逻辑
            return super.findClass(name);
        }
    }

  • 执行引擎：

    • 解释器：逐行解释执行字节码，适合短小的程序，但执行效率较低。
    • JIT（即时编译器）：将热点代码（频繁执行的代码）编译为本地机器码，以提高执行效率。JIT 编译器在运行时进行优化，能够根据实际运行情况进行调整。
    • 优化技术：JIT 编译器使用多种优化技术，如内联、循环展开和逃逸分析等，以提高代码执行效率。

    示例：

    // 示例代码：简单的 Java 程序
    public class HelloWorld {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println("Hello, World!");
        }
    }

  • 内存管理单元：

    • 内存区域划分：JVM 的内存管理单元主要分为以下几个区域：
      • 方法区：用于存储类的结构信息（如字段、方法、常量池等），以及静态变量和常量。方法区是所有线程共享的内存区域。
      • 堆：用于存储所有对象实例和数组。堆是 JVM 中最大的一块内存区域，也是垃圾回收的主要区域。堆内存是所有线程共享的。
      • 栈：每个线程都有自己的栈，用于存储局部变量、方法调用的参数和返回值、操作数等。栈内存是线程私有的，随着线程的结束而释放。
      • 本地方法栈：用于存储本地方法的相关信息，类似于 Java 栈，但专门用于处理本地方法调用。
      • 程序计数器：每个线程都有一个程序计数器，用于记录当前线程所执行的字节码的行号指示器。它是线程私有的。

    示例：

    // 示例代码：对象的创建和内存分配
    public class MemoryExample {
        public static void main(String[] args) {
            // 在堆中分配内存
            String str = new String("Hello, JVM!");
            // 局部变量在栈中分配内存
            int number = 42;
        }
    }

• 垃圾回收算法的基本原理：

  • 标记-清除算法：首先标记所有需要回收的对象，然后清除这些对象。优点是实现简单，但会产生内存碎片。

  • 复制算法：将内存分为两块，每次只使用一块。当一块内存用满时，将存活的对象复制到另一块内存中，清空当前块。优点是避免了内存碎片，但内存利用率较低。

  • 标记-整理算法：类似于标记-清除，但在清除后将存活的对象整理到内存的一端，避免了内存碎片。

  • 分代收集算法：将堆内存分为新生代和老年代。新生代使用复制算法，老年代使用标记-清除或标记-整理算法。根据对象的存活时间进行分代管理，提高了垃圾回收的效率。

    示例：

    // 示例代码：对象的创建与垃圾回收
    public class GarbageCollectionExample {
        public static void main(String[] args) {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                String temp = new String("Garbage " + i);
            }
            // 此时，temp 对象会被垃圾回收
            System.gc(); // 请求 JVM 进行垃圾回收
        }
    }

• 引用和内存的概念：

  • 引用类型：Java 中的引用分为强引用、软引用、弱引用和虚引用。强引用是最常见的引用类型，JVM 不会回收被强引用的对象。软引用在内存不足时会被回收，弱引用在下一次垃圾回收时会被回收，虚引用则用于跟踪对象的生命周期。

    示例：

    // 示例代码：不同类型的引用
    public class ReferenceExample {
        public static void main(String[] args) {
            // 强引用
            String strongRef = new String("Strong Reference");
            
            // 软引用
            SoftReference<String> softRef = new SoftReference<>(new String("Soft Reference"));
            
            // 弱引用
            WeakReference<String> weakRef = new WeakReference<>(new String("Weak Reference"));
            
            // 虚引用
            PhantomReference<String> phantomRef = new PhantomReference<>(new String("Phantom Reference"), null);
        }
    }

  • 内存管理：JVM 的内存管理包括内存分配和回收。对象的创建通常在堆中分配内存，局部变量则在栈中分配。JVM 通过垃圾回收机制自动管理内存，开发者无需手动释放内存，但需要注意避免内存泄漏。

个人感悟

了解 JVM 的内部机制让我在性能调优方面有了更深的认识。通过学习类加载和内存管理，我能够更有效地识别和解决性能瓶颈。