Java JVM

JVM（Java Virtual Machine，Java 虚拟机）是 Java 程序运行的核心，负责将 Java 字节码转换为机器码并执行。

JVM 架构

JVM 主要由以下几个部分组成：

1. 类加载器（Class Loader）
2. 运行时数据区（Runtime Data Areas）
3. 执行引擎（Execution Engine）
4. 本地方法接口（Native Method Interface）

类加载机制

类加载过程

1. 加载（Loading）：将类的字节码文件加载到内存
2. 链接（Linking）：
   • 验证（Verification）：验证字节码的正确性
   • 准备（Preparation）：为类变量分配内存并设置默认值
   • 解析（Resolution）：将符号引用转换为直接引用
3. 初始化（Initialization）：执行类构造器 <clinit>() 方法

类加载器

• Bootstrap ClassLoader：加载核心类库（rt.jar）
• Extension ClassLoader：加载扩展类库
• Application ClassLoader：加载应用程序类

运行时数据区

方法区（Method Area）

存储类的元数据、常量池、静态变量等。

堆（Heap）

存储对象实例，是垃圾回收的主要区域。

堆内存划分

• 新生代（Young Generation）
  • Eden 区
  • Survivor 0 区
  • Survivor 1 区
• 老年代（Old Generation）

// JVM 参数示例
// -Xms512m：初始堆大小
// -Xmx1024m：最大堆大小
// -XX:NewRatio=2：新生代与老年代比例

栈（Stack）

存储局部变量、方法参数、返回地址等。

• 虚拟机栈：存储 Java 方法
• 本地方法栈：存储 Native 方法

程序计数器（Program Counter）

记录当前线程执行的字节码指令地址。

垃圾回收（GC）

垃圾回收算法

1. 标记-清除（Mark-Sweep）
2. 标记-复制（Mark-Copy）
3. 标记-整理（Mark-Compact）
4. 分代收集（Generational Collection）

垃圾回收器

• Serial GC：单线程，适合小应用
• Parallel GC：多线程，适合吞吐量优先
• CMS GC：并发标记清除，适合低延迟
• G1 GC：分代收集，适合大堆内存
• ZGC：低延迟，适合超大堆内存

GC 调优参数

# 设置堆大小
-Xms2g -Xmx2g

# 设置新生代大小
-Xmn1g

# 设置 GC 日志
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCDateStamps
-Xloggc:gc.log

# 选择 GC 收集器
-XX:+UseG1GC

JVM 调优

内存调优

# 设置堆内存
-Xms512m -Xmx1024m

# 设置方法区（元空间）
-XX:MetaspaceSize=256m
-XX:MaxMetaspaceSize=512m

# 设置栈大小
-Xss1m

GC 调优

# G1 GC 参数
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200
-XX:G1HeapRegionSize=16m

性能监控

使用 JVM 工具监控应用性能：

• jps：查看 Java 进程
• jstat：查看 JVM 统计信息
• jmap：生成堆转储文件
• jstack：查看线程堆栈
• jconsole：图形化监控工具
• VisualVM：可视化分析工具

常见问题

OutOfMemoryError

• 堆内存溢出：增加堆内存或优化代码
• 方法区溢出：增加方法区大小或减少类加载

StackOverflowError

栈溢出，通常由递归调用过深或方法调用链过长引起。

总结

理解 JVM 的工作原理对于 Java 开发至关重要。合理配置 JVM 参数、选择合适的垃圾回收器、进行性能调优，可以提高应用的性能和稳定性。