JVM核心知识讲解

前言

前一阵子在公司内部做了一次技术分享，主要讲的就是JVM核心知识。由于JVM涉及的知识太多太广，所以我就以个人的经验把内容做了一下精简，只保留最核心的内容，并且把核心的内容都给抽出来，让大家记住最重要的部分。现在，我把分享的内容总结出来。（文中如有纰漏，还望您批评指正，谢谢）

什么是JVM？

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，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。由一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收堆和一个存储方法域等组成。JVM屏蔽了与操作系统平台相关的信息，使得Java程序只需要生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可在多种平台上不加修改的运行，这也是Java能够“一次编译，到处运行的”原因。

Java文件被加载到JVM的过程

Java代码执行过程.png

Java类的加载

1.四大主动引用

调用类的构造方法 new Test();
调用类的静态变量、静态方法已经反射
初始化子类（java规定：初始化子类的时候会先初始化其父类，所以父类会被加载）
含有main方法类会被提前加载

注意：调用常量不会引起类的加载

2.类的加载过程

未命名文件.png

类加载过程都做好了什么？

准备：给静态变量开辟内存空间，同时设置初始化的值（注意：这里不是代码设置的初始化值，而是静态默认的缺省值，比如 int的默认值是0）
解析：把常量的符号引用改成直接引用（直接引用即为内存地址）
初始化：执行静态变量和静态代码块（当存在多个静态变量和静态代码块的时候，按照从上到下的顺序执行）

总结：当一个类被主动引用的时候，会进行类的加载，类的加载过程中会进行静态变量的初始化和静态代码块的执行，并且会把常量的符号引用替换成直接引用。整个类的加载过程网上一搜有一大堆，黑子加粗的是需要大家必须知道和记住。

为什么静态方法中不能引入非静态变量？

答：当类被加载的时候，非静态变量还没有得到初始化，而静态方法不需要拥有对象实例就可以得到执行，所以静态方法中不能引用非静态变量。

为什么可以使用 private static final Singleton instance = new Singleton();这种方式做单例模式？

答：因为类只会被初始化加载一次，当类被加载的时候静态变量会得到初始化，Java的枚举类就是利用这种方式，里面的枚举类型的数据就是静态常量

类加载器

启动类加载器: 负责加载存放在<JAVA_HOME>\lib目录中的类；被-Xbootclasspath参数所指定路径中、并且是被虚拟机识别的类库
扩展类加载器:负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中的类库；被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库
应用类加载器:负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库（如无特殊指定，我们的写的在项目里写的java代码都是被这个类加载器进行加载的）

类加载器.png

4.双亲委派模型

当一个类被加载的时候，所有的类加载器都会把加载任务交给父加载器，结合上这张图来看，也就说双亲委派模型最后都会交给启动类加载器进行加载，只有当父类加载器加载不了的时候才会交给子类进行加载。

protected Class<?> loadClass(String var1, boolean var2) throws ClassNotFoundException {
        synchronized(this.getClassLoadingLock(var1)) {
            Class var4 = this.findLoadedClass(var1);
            if (var4 == null) {
                long var5 = System.nanoTime();

                try {
                    if (this.parent != null) {
                        var4 = this.parent.loadClass(var1, false);//先让父类进行加载
                    } else {
                        var4 = this.findBootstrapClassOrNull(var1);//当parent为null的时候使用启动类加载器加载
                    }
                } catch (ClassNotFoundException var10) {
                }

                if (var4 == null) {
                    long var7 = System.nanoTime();
                    var4 = this.findClass(var1);//当父类加载不了的时候才会交给子类进行加载
                    PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(var7 - var5);
                    PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(var7);
                    PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }

            if (var2) {
                this.resolveClass(var4);
            }

            return var4;
        }
    }

优点：保证了类的唯一性

注意：双亲委派模型是java推荐的一种技术模型，不是自定义ClassLoader加载器必须遵守的，另外这里的双亲指的就是父类，别问我我也不知道为啥非要叫双亲

JVM内存结构

运行时数据区

JVM内存结构.png

JVM的运行时数据区主要5个部分组成，分别是方法区、程序计数器、方法栈、本地方法栈以及堆内存。其中用红色标注的堆内存和方法区是线程共享，剩下的三个是线程私有的。

方法区

方法区，又叫永久代，jdk1.6以后也叫元空间。是JVM内存区域中比较稳定的一块，很少发生GC。在方法区中存放类信息、静态变量以及常量等信息。方法区是线程共享的，存在线程安全问题。

栈内存

栈内存结构.png

也叫线程栈，每一个线程都有线程栈，每一个方法都是一个栈帧，在方法从被调用到结束的过程就是对应栈帧入栈以及出栈的过程。在栈帧中又有4个区域

局部变量表：存放方法中的局部变量
操作数栈：执行方法中的各种操作，例如：赋值之类的操作
动态链接：把方法中的符号引用转化为直接引用（直接引用即内存地址）
方法出口：记录返回值以
及程序当前执行的位置

本地方法栈

同方法栈类似，存放的是本地调用方法(即native修饰的，如public static native void yield();

程序计数器

线程私有，每个线程会有一个区域存放程序计数器

作用：记录所在线程执行到了哪一步

场景：当某个所有的线程的时间片被抢走时，过了一段时间再被恢复以后，该线程的代码不会从头执行，而是会按照程序计数器所记录的位置执行

堆内存

运行时数据区中栈内存最大，线程共线，是主要发生GC的位置，存放的是Java实例对象，也就是说所有通过new的对象都存在这里。在堆内存中，有划分了成了新生代和老年代，默认比例1：2，在新生代中又划分为了eden、sur0和sur1,默认的比例是8：1：1，所有刚new的出来的对象都会放到eden区域中。

堆内存.png

总结

JVM内存结构是非常重要的一个部分，有几个关键的点一定要记住：

所有new的对象一定存在堆内存中
非静态成员变量存在堆内存中，局部变量都在栈内存中

通过代码再来加固一下

public class Test {

    public static User user = new User();//static修饰 user这个实例存在方法区 new User()生成的对象在堆区，此时user引用了堆区的对象

    private int a = 10;//a存在了堆区，引用了栈里面的整型变量10
    
    private Date date = new Date();//date存在堆区，new Date()生成的对象也在堆区，date引用了生成的对象

    private int compute() {
        int a = 1;
        int b = 2;
        User user = new User();//注意此时user是局部变量，所以存在栈区，而new User()生成的对象在堆区，此时栈区的user引用了堆区生成的对象
        int c = (a + b) * 10;
        int d = com();
        return c;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        System.out.println(test.compute());
    }
    
    }

垃圾回收

垃圾回收即GC，刚才讲堆内存的时候，提到了堆内存是存放的java对象，是主要发生GC的位置。

垃圾回收.png

这里需要注意的是，垃圾回收器在判断一个对象是否存活时用的是可达性分析法。可达性分析法是判断一个对象有没有被GC ROOT直接或者间接持有，只要被GC ROOT直接或者间接持有，那么该对象就是存活状态，或者即为死亡。

GC ROOT：

1.方法栈（局部变量表）中引用的对象
2.本地方法栈中 JNI引用的对象
3.方法区中常量、类静态属性引用的对象

总结

本文主要讲了类的加载过程、JVM的内存结构以及垃圾回收。由于我个人读过很多JVM的文章都写得太多太详尽，反正读多了容易掌握不到重点，而本文就是对核心知识一个总结，虽然不够详尽，但是无论是工作还是面试当中应该都够用了。如果文章有错误的内容或者漏讲了一些重要的知识点，欢迎大家在评论区给我留言，谢谢~