JVM简单理解

前言

JVM,简单来说就是Java虚拟机

注意区分这里JDK JRE JVM的区别

JDK是java的开发工具包

JRE是java的运行时环境

JVM是java虚拟机  负责解释和执行java字节码

JVM拿到发布的.class文件就可以直接转换成window或其他操作系统支持的可执行指令了

主流的JVM是HotSpot

本文主要简单讨论三个部分

1.JVM中的内存划分

2.JVM中的类加载机制

3.JVM中的垃圾回收算法

1.JVM中的内存划分

JVM实际上也是一个进程(任务管理器中看到的java进程)

进程运行过程中,需要向系统申请一些资源(内存就是最典型的资源)

这些内存空间也就在后续支撑了java进程的运行

比如在java中定义等操作就是在jvm中申请到的内存

JVM从系统重申请了一大块的内存,这一大块内存给java程序使用的时候就会根据不同的使用方式来区分出不同的空间来(这就是所谓的内存划分)

我们简单将其分为四个区域,它们分别是栈,堆,程序计数器,元数据区

1.代码中new出来的对象,就在堆区中

对象中持有的非静态成员变量,也保存在堆中

2.本地方法栈/虚拟机栈

这里就包含了局部变量和调用关系

本地方法栈主要是jvm内部通过C++写的代码,调用关系和局部变量

3.程序计数器

是一个较小的空间,负责存储下一条要执行的java指令的地址

4.元数据区

元数据区在1.8之前叫做方法区

里面负责存储一些类的信息和方法的信息

例如一个程序有哪些类

一个类中有哪些方法

每个方法包含哪些指令

这些数据存储在元数据区

注:堆区和元数据区是线程共享的,栈和程序计数器是线程私有的

2.JVM中的类加载机制

类加载,指的是java程序在运行的时候需要将.class文件从硬盘读取到内存,并执行一系列的校验解析的过程

大致分为以下几个部分

1.加载

将硬盘上的.class文件读取到内存中

这个过程中就涉及到一个常考的机制 --- 双亲委派机制

这个机制描述了如何查找.class文件的策略

JVM在进行类加载的时候,有一个特殊的模块,叫做类加载器模块

JVM默认的类加载器有三个(也可以自定义类加载器)

1.BootstrapClassLoader 负责查找标准库中的class文件

java定义的标准库

2.ExtensionClassLoader 负责查找拓展库的class文件

JVM厂商在内置扩展的class文件

3.ApplicationClassLoader   负责查找第三方库的class文件或者是当前项目的代码目录中的文件

这三个类加载器其实是有父子关系的

从上到下依次是爷爷 爸爸 孙子

但是这种父子关系并不等同于java中的继承关系

而是二叉树那种指针指向的关系

双亲委派机制的入口就是孙子ApplicationClassLoader 

进来之后,他不会立即工作而是将任务抛给爸爸,爸爸也是一样的抛给爷爷

此时BootstrapClassLoader也想抛给他的爸爸,但是他没有,所以他就只能来时搜索任务了

如果找到了就执行下面的打开读取文件的操作了,找不到就让孩子继续找,以此类推

如果最后ApplicationClassLoader也找不到的话,那么就会抛出一个ClassNotFoundException异常,说明类加载失败了

2.验证class文件是否符合JVM要求

3.准备给类对象分配内存 (此时内存空间是全0的,这也就说明了为啥类对象初始化默认为0)

4.解析:针对类中的字符串常量进行处理

5.初始化:把类对象的各个部分属性进行赋值填充

也触发了父类的加载,执行静态代码块,初始哈静态成员

3.JVM中的垃圾回收算法

垃圾回收也涉及到一个最重要的问题,就是STW问题(stop the world)

因为触发垃圾回收的时候,很可能导致当前程序的其他业务逻辑被暂停

但是GC发展这么多年,也有办法将STW的时间控制在1ms以内

这也就没啥问题了

注:垃圾回收器的主战场是堆空间

这里的垃圾回收值得是回收没有引用指向的对象

大致分为两步

1.识别出垃圾

2.将垃圾的内存空间进行释放

1.识别垃圾

这里一共有两种常用的方式

1.引用计数的方式

就是有一个引用指向这个对象,那么计数器就+1,这个引用置为null的时候,程序计数器-1

但是这样容易导致一个类似于死锁的循环引用问题

比如说

2.可达性分析(JVM使用的方式)

就是假设有一颗二叉树

A的左右孩子分别是B和C

JVM中的扫描线程就去去看这些对象可不可以去被遍历到,就像谍战片中的一样

这里假设A被置空了,那么其他的对象B和C也就不会被访问到啦,这里就成B和C不可达

就像谍战片中的单线联系,上线被端了之后,下线就不能被联系到了

这里B和C被置空,那么其实是不影响的

2.释放空间

这里主要的释放方式有三种

1.标记-清除算法

假设这里的白色的是是标记好的垃圾,这里有的缺陷就是会产生很多的内存碎片

这样可能就会造成总体碎片空间之和大于我需要申请的内容,但是这里没有一块完整的空间就会导致空间开辟失败

2.复制算法

核心的思想就是不直接删除垃圾,仅仅开辟一半的空间

在清除垃圾的时候将垃圾复制到另一半即可

这时候原来的一半就会有完整的一段空间

缺点就是会浪费一半的空间,并且复制垃圾的时候也会有一定的开销

3.分代算法(JVM使用的算法)

一般刚new出来的对象都是存活在伊甸区的

这里有一个规律:就是大部分的对象是朝生夕死的,只有极少数的能活下来,这时候少数存活的对象就会使用复制算法,转移到幸存区1

这个幸存区的大部分也会被视为垃圾清除,少数幸存了则会被复制到幸存区2

经过gc的若干轮扫描,此时还存活的对象就会被JVM认为生命周期很长,这里就会被移入老年区

这里的老年区gc扫描线程扫描的频次就会很低

老年区如果死亡的话,也是按照标记清除算法来清除释放对象

注:每经历一次GC扫描线程的扫描之后,存活的线程年龄就+1