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JVM知识总结

2026-04-21 18:58:17   0  举报

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AI智能生成

JVM，即Java虚拟机，是运行所有Java程序的抽象计算机，为Java提供了一个平台独立的运行环境。JVM在执行Java程序时扮演着一个中央角色，它负责管理和解释字节码，即编译后的Java程序代码。它提供了一系列运行时环境功能，包括内存管理、线程管理和垃圾收集等。 JVM执行的主要步骤包括：加载代码、验证代码、准备执行环境、解析符号引用、初始化以及将字节码转换为机器码执行。JVM的工作方式允许Java语言实现在不同平台上的“一次编写，到处运行”的特性，这是因为每个特定平台的JVM实现了该平台的特定代码。此外，JVM不仅仅局限于Java语言的运行，它还支持其他语言的实现，比如Groovy、Kotlin和Scala等。针对不同的操作系统，如Windows、Linux和macOS等，都可以找到对应的JVM版本。这样的灵活性和可移植性使JVM成为非常流行和关键的软件组件，特别是在企业级应用中。

JVM

jvm垃圾回收

JVM运行时数据区

JVM原理、JVM介绍

模版推荐

作者其他创作

大纲/内容

1.虚拟机基础概念

java虚拟机在JDK中的位置

什么是虚拟机

JVM是一种规范，与java无关，是一个跨语言的平台。

从跨平台的语言到跨语言的平台

JVM就是一台虚拟机器，有自己的内存管理、CPU、寄存器、汇编语言。JVM包含字节码解释器、即时编译器JIT、执行引擎

执行引擎

字节码解释器

解释执行

即时编译器JIT

编译执行

热点代码的识别

垃圾回收器

JVM执行方式

混合执行

java两大计数器

流行的JAVA虚拟机

Hotspot

oracle官方用的

java -version

有收费和免费两类

openJDK 开源免费版本

OracleJDK 收费版本

Jrockit

BEA,曾经号称世界最快的JVM， 后被oracle收购,合并到Hotspot

IBM的

Microsoft VM

微软自己的JVM

Taobao VM

淘宝的JVM，Hotspot深度定制版

LiquidVM

直接针对硬件的VM

azul zing

收费的JVM

最新垃圾回收的业界标杆

www.azul.com

虚拟机知识体系

2.类加载

2.class文件结构

类的生命周期：加载->链接->初始化->使用->卸载

class类加载过程

Loading 装载

1.双亲委派，主要出于安全来考虑

父加载器不是“类加载器的加载器”！ 也不是“类加载器的父类加载器”！

双亲委派是一个孩子向父亲方向， 然后父亲向孩子方向的双亲委派过程

2.LazyLoading 懒加载六种情况

–new -- getstatic putstatic invokestatic指令，访问final变量除外 –java.lang.reflect对类进行反射调用时 –初始化子类的时候，父类首先初始化 –虚拟机启动时，被执行的主类必须初始化 –动态语言支持java.lang.invoke.MethodHandle解析的结果为REF_getstatic REF_putstatic REF_invokestatic的方法句柄时，该类必须初始化

3.ClassLoader的源码

findInCache -> parent.loadClass -> findClass()

4.自定义类加载器

继承ClassLoader

重写模板方法 findClass() -> defineClass(byte[] -> Class clazz)

自定义类加载器加载自加密的class

防止反编译

防止篡改

5.混合执行编译执行解释执行

检测热点代码：-XX:CompileThreshold = 10000

Linking 链接

1.Verification 验证

验证文件是否符合JVM规定

文件格式验证

元数据验证

字节码验证

符号引用验证

2.Preparation 准备

静态成员变量赋默认值

这里不包含用final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式初始化；

3.Resolution 解析

将类、方法、属性等符号引用解析为直接引用 常量池中的各种符号引用解析为指针、偏移量等内存地址的直接引用

Initializing 初始化

调用类初始化代码 <clinit>，给静态成员变量赋初始值

在Java中对类变量进行初始值设定有两种方式：

声明类变量是指定初始值

使用静态代码块为类变量指定初始值

按照程序员的逻辑，你必须把静态变量定义在静态代码块的前面。因为两个的执行是会根据代码编写的顺序来决定的，顺序搞错了可能会影响你的业务代码。

JVM初始化步骤

1.假如这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并链接该类假

2.如该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类假

3.如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句

Use 使用

初始化过程什么时候会被触发执行呢？ 或者换句话说类初始化时机是什么呢？

主动引用

创建类的实例，也就是new的方式

访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值

调用类的静态方法

反射（如 Class.forName(“com.carl.Test”) ）

初始化某个类的子类，则其父类也会被初始化

Java虚拟机启动时被标明为启动类的类（JvmCaseApplication ）， 直接使用 java.exe 命令来运行某个主类

被动引用

引用父类的静态字段，只会引起父类的初始化，而不会引起子类的初始化。

定义类数组，不会引起类的初始化。

引用类的static final常量，不会引起类的初始化（如果只有static修饰，还是会引起该类初始化的）。

Unload 卸载

在类使用完之后，如果满足下面的情况，类就会被卸载

该类所有的实例都已经被回收，也就是java堆中不存在该类的任何实例。

加载该类的ClassLoader已经被回收。

该类对应的java.lang.Class对象没有任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

Java虚拟机本身会始终引用这些类加载器，而这些类加载器则会始终引用它们所加载的类的Class对象，因此这些Class对象始终是可触及的。

如果以上三个条件全部满足，jvm就会在方法区垃圾回收的时候对类进行卸载，类的卸载过程其实就是在方法区中清空类信息，java类的整个生命周期就结束了。但是一般情况下启动类加载器加载的类不会被卸载，而我们的其他两种基础类型的类加载器只有在极少数情况下才会被卸载。

类加载机制

类加载器

什么是类加载器

负责读取 Java 字节代码，并转换成 java.lang.Class 类的一个实例的代码模块。

类加载器除了用于加载类外，还可用于确定类在Java虚拟机中的唯一性。

一个类在同一个类加载器中具有唯一性(Uniqueness)，而不同类加载器中是允许同名类存在的，这里的同名是指全限定名相同。但是在整个JVM里，纵然全限定名相同，若类加载器不同，则仍然不算作是同一个类，无法通过 instanceOf 、equals 等方式的校验。

为什么我们的类加载器要分层

类加载器的分类

Bootstrap ClassLoader 启动类加载器  负责加载$JAVA_HOME中 jre/lib/rt.jar 里所有的class或Xbootclassoath选项指定的jar包。

Extension ClassLoader 扩展类加载器 负责加载java平台中扩展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar 或 -Djava.ext.dirs指定目录下的jar包

App ClassLoader 系统类加载器 负责加载classpath中指定的jar包及 Djava.class.path 所指定目录下的类和jar包。

Custom ClassLoader 自定义类加载器  通过java.lang.ClassLoader的子类自定义加载class，属于应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader， 如tomcat、Jboss等都会根据j2ee规范自行实现ClassLoader。

JVM类加载机制的三种特性

全盘负责

父类委托（双亲委派机制）

为什么需要双亲委派机制？

1. 安全性：防止核心类被篡改

2. 避免重复加载，节省内存

3. 保证 Java 类型体系的唯一性和稳定性 

如何破坏双亲委派机制？

1. 自定义 ClassLoader 并重写 `loadClass()` 方法

2. 使用线程上下文类加载器（Thread Context ClassLoader）

3. 使用 OSGi、JBoss Modules 等模块化框架

4. 重写 `findClass()` 并配合 `loadClass()` 的修改

需要破坏双亲委派机制的应用场景

打破双亲委派

SPI（service Provider Interface）  例如（JDBC、JNDI）

OSGI :热部署（通过自定义类加载器实现）

缓存机制

4.运行时内存结构/运行时数据区

1.程序计数器

2.JAVA虚拟机栈

1.概述

2.栈的存储单位

3.栈运行原理

4.栈帧的内部结构

局部变量表（Local Variables）

操作数栈（Operand Stack）(或称为表达式栈)

动态链接（Dynamic Linking）：指向运行时常量池的方法引用

方法返回地址（Return Address）：方法正常退出或异常退出的地址

一些附加信息

3.本地方法栈

栈是运行时的单位，而堆是存储的单位。 栈解决程序的运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据。 堆解决的是数据存储的问题，即数据怎么放、放在哪。

4.堆

1.内存划分

2.设置堆内存大小和 OOM

3.对象在堆中的生命周期

4 对象的分配过程

5 GC 垃圾回收简介

6 TLAB（Thread Local Allocation Buffer）

7 堆是分配对象存储的唯一选择吗

逃逸分析

5.方法区（永久代/元空间）

1 解惑

2 设置方法区内存的大小

3 方法区内部结构

4 运行时常量池

5 方法区在 JDK6、7、8中的演进细节

6 方法区的垃圾回收

直接内存（堆外内存）

6.JAVA内存模型

JMM-Java内存模型

Java 内存模型的抽象

内存模型以及对象已死问题

对象模型（OOP-Klass）

5.垃圾回收

什么是垃圾

判断一个对象是否可被回收（垃圾定位算法）

引用计数算法

可达性分析算法

GC Roots 包括哪些

常见的 GC Roots 有： - 虚拟机栈（栈帧中的局部变量表）中引用的对象（即当前正在执行的方法里的局部变量、参数等） - 静态属性引用的对象（类中的 static 字段） - 常量池中的引用（如字符串常量池中的 String 对象引用） - JNI（Native 方法）引用的全局对象 - 活跃线程（Thread）本身也属于 GC Roots - 同步监视器（synchronized 持有的对象） - JVM 内部引用（系统类加载器、异常类等）

方法区的回收

finalizer()

引用类型

强引用

软引用

弱引用

虚引用

垃圾回收算法

标记-清除

标记清除(mark sweep) - 位置不连续产生碎片效率偏低（两遍扫描）

标记-整理

标记压缩(mark compact) - 没有碎片，效率偏低（两遍扫描，指针需要调整）

复制

拷贝算法 (copying) - 没有碎片，浪费空间

详细解释

分代收集

JVM内存分代模型（用于分代垃圾回收算法）

常见垃圾收集器

Serial收集器（串行年轻代）

Serial Old 收集器（串行老年代）

ParNew 收集器（并行年轻代）

Parallel Scavenge 收集器（并行年轻代，关注吞吐量）

PS GC日志详解

PS日志格式

Parallel Old收集器（并行老年代）

CMS收集器 （Concurrent Mark Sweep，并发标记清除，老年代）

CMS的两种模式与一种特殊策略

可中止的预处理

三色标记

CMS的参数调优

G1收集器（Garbage-First）

ZGC（JDK 11+，可伸缩低延迟）

Shenandoah（JDK 12+，开源社区版超低延迟）

Epsilon（无操作 GC，仅做内存分配不回收，用于性能基准）

内存分配与回收策略

内存分配策略

1. 对象优先在 Eden 分配

2. 大对象直接进入老年代

-XX:PretenureSizeThreshold，大于此值的对象直接在老年代分配

3. 长期存活的对象进入老年代

-XX:MaxTenuringThreshold 用来定义年龄的阈值

4. 动态对象年龄判定

如果在 Survivor 中相同年龄所有对象大小的总和大于 Survivor 空间的一半，则年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代，无需等到 MaxTenuringThreshold 中要求的年龄

5. 空间分配担保

GC回收策略

Minor GC和 Full GC

Full GC的触发条件

1. 调用 System.gc()

2. 老年代空间不足

3. 空间分配担保失败

4. JDK 1.7 及以前的永久代空间不足

5. Concurrent Mode Failure

常见垃圾回收器组合参数设定：(1.8)

7.调优和排错

什么是调优？

调优前的基础概念

1. 吞吐量：用户代码时间 /（用户代码执行时间 + 垃圾回收时间） 2. 响应时间：STW越短，响应时间越好 所谓调优，首先确定，追求啥？吞吐量优先，还是响应时间优先？还是在满足一定的响应时间的情况下，要求达到多大的吞吐量... 问题： 科学计算，吞吐量。数据挖掘，thrput。 吞吐量优先的一般：（PS + PO） 响应时间：网站 GUI API （1.8 G1）

1. 根据需求进行JVM规划和预调优

调优，从规划开始

步骤与案例：

2. 优化运行JVM运行环境（慢，卡顿）

优化环境

3. 解决JVM运行过程中出现的各种问题(OOM)

CopyOnWiteArrayList（实现类）

JVM常用命令行参数

java -XX:+PrintCommandLineFlags HelloGC java -Xmn10M -Xms40M -Xmx60M -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGC HelloGC PrintGCDetails PrintGCTimeStamps PrintGCCauses java -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+PrintCommandLineFlags HelloGC java -XX:+PrintFlagsInitial 默认参数值 java -XX:+PrintFlagsFinal 最终参数值 java -XX:+PrintFlagsFinal | grep xxx 找到对应的参数 java -XX:+PrintFlagsFinal -version |grep GC

区分概念： 内存泄漏memory leak，    内存溢出out of memory 内存泄漏是病因（慢慢消耗内存），内存溢出是病症（最终无内存可用）

JVM常用命令

jps  查看java进程

jinfo  实时查看和调整JVM配置参数

（1）查看用法 jinfo -flag name PID    看某个java进程的name属性的值: jinfo -flag MaxHeapSize PID jinfo -flag UseG1GC PID

（2）修改 参数只有被标记为manageable的flags可以被实时修改 jinfo -flag [+|-] PID jinfo -flag <name>=<value> PID

（3）查看曾经赋过值的一些参数 jinfo -flags PID

jstat  查看虚拟机性能统计信息

（1）查看类装载信息 jstat -class PID 1000 10   查看某个java进程的类装载信息，每1000毫秒输出一次，共输出10次

（2）查看垃圾收集信息 jstat -gc PID 1000 10  每隔 1000 毫秒（1 秒）采样一次，总共采样 10 次，输出指定 Java 进程（PID）的垃圾回收堆相关信息。

jstack  查看指定JAVA进程中的线程堆栈信息

jstack PID

排查死锁案例

jmap  生成堆转储快照

（1）打印出堆内存相关信息 jmap -heap PID  jinfo -flag UsePSAdaptiveSurvivorSizePolicy 35352 -XX:SurvivorRatio=8

（2）dump出堆内存相关信息 jmap -dump:format=b,file=heap.hprof PID

要是在发生堆内存溢出的时候，能自动dump出该文件就好了 一般在开发中，JVM参数可以加上下面两句，这样内存溢出时，会自动dump出该文件 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError      -XX:HeapDumpPath=heap.hprof

JVM常用工具

性能监控工具

jconsole

jvisualvm

arthas

内存分析工具

MAT（Memory Analyzer Tool）

heaphero

https://heaphero.io/

perfma

日志分析工具

不同收集器日志

GCViewer

gceasy

gcplot

调优实战（重点）

选择垃圾收集器的原则

生产环境常用组合

常用参数设定

模拟触发YGC/FGC

ParNew + CMS参数设定

G1参数设定

各种常见JVM问题分析

实战JVM工具

如何在上线之前规划JVM预调优

JVM GC调优实战面试问答

一、核心调优参数（按收集器分类，必背）

1. G1 核心参数（高频）

① `-Xms/-Xmx`：初始 / 最大堆（必须相等，避免扩容）； ② `-XX:+UseG1GC`：启用 G1； ③ `-XX:MaxGCPauseMillis=200`：目标停顿时间（默认 200ms，调优核心）； ④ `-XX:G1HeapRegionSize=n`：分区大小（1MB\~32MB，2 的幂，默认自动计算）； ⑤ `-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45`：老年代占比阈值（触发 Mixed GC，默认 45%）。

2. Parallel 吞吐量优先参数

3. CMS 遗留参数（面试高频）

二、GC 日志分析（必背命令 + 关键指标）

1. 日志开启参数（通用）

2. 日志关键指标解读（面试必问）

三、常见问题定位与解决（实战核心，必背）

1. G1 高频问题

G1 出现晋升失败（Promotion Failure）原因及解决？

G1 Mixed GC 不执行，老年代占比飙升怎么办？

G1 STW 时间过长如何优化？

2. 吞吐量低 / 延迟高问题

应用吞吐量低，GC 时间占比高，如何定位？