jvm

哪吒 2020/1/1

点击勘误issues (opens new window)，哪吒感谢大家的阅读

# jvm

(1) 基本概念：

JVM 是可运行 Java 代码的假想计算机，包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收，堆和一个存储方法域。JVM 是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互。

java代码的执行：代码编译为class，javac；装载class，ClassLoader；执行class，解释执行，编译执行，client compiler，server compiler。

# 双亲委派机制

双亲委派机制（Parent Delegation Model）是Java类加载器的核心机制，它定义了类加载器之间的层次关系和加载规则。

# 类加载器层次结构

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）
- 最顶层的类加载器，由C++实现
- 负责加载Java核心库（如rt.jar中的类）
- 加载路径：$JAVA_HOME/lib目录
扩展类加载器（Extension ClassLoader）
- 由Java实现，继承自ClassLoader
- 负责加载扩展库中的类
- 加载路径：$JAVA_HOME/lib/ext目录
应用程序类加载器（Application ClassLoader）
- 也称为系统类加载器（System ClassLoader）
- 负责加载应用程序classpath下的类
- 是用户自定义类加载器的默认父加载器
用户自定义类加载器（User Defined ClassLoader）
- 继承自ClassLoader类
- 可以实现特定的类加载逻辑

# 双亲委派工作流程

向上委派：当一个类加载器收到类加载请求时，首先将请求委派给父类加载器
逐级委派：父类加载器继续向上委派，直到达到启动类加载器
尝试加载：启动类加载器尝试加载该类，如果能够加载则返回Class对象
向下返回：如果父类加载器无法加载，则由子类加载器尝试加载
抛出异常：如果所有类加载器都无法加载，则抛出ClassNotFoundException

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 首先检查类是否已经被加载
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            try {
                if (parent != null) {
                    // 委派给父类加载器
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    // 委派给启动类加载器
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // 父类加载器无法加载时，由当前加载器尝试加载
            }
            
            if (c == null) {
                // 调用findClass方法加载类
                c = findClass(name);
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

# 双亲委派的优势

安全性：防止核心API被篡改，确保Java核心库的类由启动类加载器加载
避免重复加载：确保同一个类在JVM中只有一个Class对象
层次清晰：类加载器之间形成清晰的层次关系
稳定性：保证Java程序的稳定运行

# 破坏双亲委派的场景

自定义类加载器：重写loadClass方法而不调用父类加载器
线程上下文类加载器：用于解决SPI（Service Provider Interface）加载问题
OSGi框架：实现模块化的类加载机制
热部署：在不重启JVM的情况下更新类文件

内存管理：内存空间，方法区，堆，方法栈，本地方法栈，pc寄存器；内存分片，堆上分配，TLAB分配，栈上分配；

内存回收：算法 Copy Mark-Sweep， Mark-Compact；Sun JDK 分代回收 GC参数，G1

分代回收：新生代可用的GC 串行copying，并行回收copying，并行copying； Minor GC 触发机制以及日志格式；旧生代可用的GC：串行 Mark-Sweep-Compact ，并行 Compacting，并发 Mark-Sweep Full GC 触发机制以及日志格式

内存状况分析：jconsole，visualvm，jstat，jmap，mat

线程资源同步和交互机制：

线程资源同步：线程资源执行机制；线程资源同步机制： Synchronized的实现机制，lock/unlock的实现机制

线程交互机制：Object.wait/notify/notifyAll, Thread.join, Thread.sleep, Thread.yield, Thread.interrupt；并发包提供的交互机制： semaphore，CountdownLatch

线程状态以及分析方法：jstack、 tda

(2) 运行过程：

我们都知道Java源文件，通过编译器，能够生产相应的.Class文件，也就是字节码文件，而字节码文件又通过Java虚拟机中的解释器，编译成特定机器上的机器码。

也就是如下：

① Java 源文件—->编译器—->字节码文件

② 字节码文件—->JVM—->机器码

每一种平台的解释器是不同的，但是实现的虚拟机是相同的，这也就是 Java 为什么能够跨平台的原因了，当一个程序从开始运行，这时虚拟机就开始实例化了，多个程序启动就会存在多个虚拟机实例。程序退出或者关闭，则虚拟机实例消亡，多个虚拟机实例之间数据不能共享。

运行时数据区 Runtime Data Area

方法区 Method Area （共享）虚拟机栈 VM Stack （私有）本地方法栈 Native Method Stack （私有）程序计数器 Program Counter Register （私有）

堆 Heap （共享）

执行引擎：即时编译器 JIT 垃圾收集器 GC

本地库接口，本地方法库

WeakHashMap详解 JVM内存区域

Jeskson-微服务分布式

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