jvm基础知识总结

1.jvm的结构

1.1 类加载器

启动类加载器（Bootstrap Class Loader）： 负责加载Java的核心类库，通常是由JVM实现提供的。

启动类加载器的一些信息：

1.加载顺序：启动加载类是虚拟机自身的一部分，他是虚拟机的第一个类加载器，在虚拟机启动时，她会首先初始化启动类加载器，然后启动类加载器会加载核心类库，包括java.lang.Object等类。

2.实现细节：

启动类加载器通常是由虚拟机实现的本地代码（Native Code）来实现的，并不是用Java语言实现的。这是因为启动类加载器需要负责加载虚拟机运行所需的核心类，而这些类在虚拟机启动之前并不存在于任何类路径之中。

3.类路径

启动类加载器加载的类通常来自于Java的核心类库，这些类库的路径通常由虚拟机的实现确定，并且用户无法改变。在Oracle JDK中，启动类加载器加载的类路径通常包含了jre/lib目录下的核心JAR文件。

4.父加载器：

启动类加载器没有父加载器，这是因为它位于类加载器层次的最顶层。在Java中，类加载器之间通过组合的方式形成了层次结构，而启动类加载器是这个层次结构的最顶层。

扩展类加载器（Extension Class Loader）： 负责加载Java的扩展库，一般位于$JAVA_HOME/lib/ext目录下。

1.加载顺序：

扩展类加载器是在启动类加载器之后，但在应用程序类加载器之前加载的。当Java虚拟机启动时，扩展类加载器会被初始化，然后它会加载$JAVA_HOME/lib/ext目录下的JAR文件。

2.类路径

扩展类加载器的类路径通常包含了$JAVA_HOME/lib/ext目录下的JAR文件。这个目录是用于存放Java的扩展库的，默认情况下，Java虚拟机会自动加载这个目录下的扩展库。

3.父加载器：

扩展类加载器的父加载器是启动类加载器。这意味着扩展类加载器无法加载启动类加载器加载的类，但可以加载核心类库和扩展库。

4.特殊性质：

扩展类加载器通常是用Java语言实现的，并且在Java虚拟机启动时由虚拟机自动创建。与启动类加载器不同，用户可以通过Java代码获取对扩展类加载器的引用。

5。目的：

扩展类加载器的主要目的是加载Java扩展库，这些库通常包含了供Java平台的扩展功能使用的类。这些类并不是Java平台的核心类，但它们可以通过扩展类加载器来让应用程序访问。

应用程序类加载器（Application Class Loader）： 负责加载应用程序的类，是默认的类加载器。

加载顺序： 应用程序类加载器是类加载器层次结构中的最底层，它在扩展类加载器之后被初始化。当Java虚拟机启动时，应用程序类加载器会被初始化，并且它通常会从类路径中加载应用程序的类。
类路径： 应用程序类加载器的类路径包括了用户定义的类路径，通常是通过命令行或配置文件指定的。这个类路径包括了应用程序的类和第三方类库。
父加载器： 应用程序类加载器的父加载器是扩展类加载器。这意味着应用程序类加载器可以加载扩展库中的类，同时也可以加载应用程序中的类。
特殊性质： 应用程序类加载器通常是用Java语言实现的，而且它是用户可以直接引用和使用的类加载器。在Java中，可以通过ClassLoader.getSystemClassLoader()方法获取对应用程序类加载器的引用。
自定义类加载器： 如果应用程序需要实现特殊的类加载行为，可以通过自定义类加载器来扩展应用程序类加载器。这样可以实现一些定制的类加载策略，比如从数据库中加载类定义等。

1.2 运行时数据区

方法区（Method Area）

存储内容： 方法区主要用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器生成的代码等数据。类信息包括类的结构信息、字段、方法信息等。
位置： 方法区通常位于堆的逻辑上方，是堆的一部分，但在物理上可以不与堆相邻。在一些虚拟机的实现中，方法区也被称为"非堆"。
运行时常量池： 方法区包含一个运行时常量池，它用于存储类文件中的常量池数据，在类加载后，将其中的符号引用转换为直接引用。
永久代与元空间： 在Java 7及以前的版本，方法区被称为永久代（Permanent Generation）。从Java 8开始，永久代被元空间（Metaspace）所取代，元空间仍然属于方法区的一部分，但不再有固定的大小，而是通过本地内存动态分配。
内存溢出： 方法区可以发生内存溢出错误，特别是在使用大量动态生成类的场景下。一旦方法区无法满足类加载的需求，就会抛出OutOfMemoryError异常。
垃圾回收： 方法区是Java虚拟机的内存区域之一，但并非所有的垃圾回收都会涉及到方法区。在一些虚拟机中，常量池的回收可能会触发垃圾回收，但具体实现因虚拟机而异。

堆(Heap)

存储对象： 堆主要用于存储Java程序中创建的对象实例。每个对象在堆上分配一块内存区域，这块内存的大小取决于对象的类型和大小。
动态分配： 堆是一个动态分配的内存区域，它不需要程序员手动管理内存。Java的垃圾回收器负责在堆中回收不再被引用的对象，释放其占用的内存空间。
堆的大小： 堆的大小可以通过启动Java虚拟机时的参数进行配置。通常，堆的大小会影响到应用程序的性能和内存利用率。堆的大小由初始堆大小（-Xms参数）和最大堆大小（-Xmx参数）来控制。
分代模型： 堆可以分为新生代（Young Generation）、老年代（Old Generation）和永久代（Permanent Generation）或元空间（Metaspace）等不同的区域。新生代主要用于存储新创建的对象，老年代用于存储生命周期较长的对象，永久代或元空间用于存储类信息、常量池等。
垃圾回收： Java的垃圾回收器负责在堆中回收不再使用的对象。通常，垃圾回收采用不同的算法，如标记-清除、复制、标记-整理等，以提高垃圾回收的效率。
内存溢出： 当堆中没有足够的空间来分配新对象时，会发生内存溢出错误（OutOfMemoryError）。这通常是因为堆的大小配置不足，或者程序中存在内存泄漏。

栈(Stack)

栈（Stack）是Java虚拟机内存管理中的另一个重要区域，主要用于存储线程的局部变量、操作数栈、方法调用和返回信息。每个线程在运行时都有自己的栈，用于追踪方法的调用和执行。以下是有关栈的一些关键信息：

线程私有： 每个线程都有自己的栈，栈是线程私有的内存区域。这意味着一个线程无法直接访问其他线程的栈。
栈帧： 栈由一个个的栈帧（Stack Frame）组成，每个栈帧对应一个方法的调用。栈帧包含了局部变量表、操作数栈、方法返回地址等信息。
局部变量表： 用于存储方法的参数和局部变量。这些变量的生命周期与方法的调用周期相对应。
操作数栈： 用于执行方法时的计算。操作数栈是一个后进先出（LIFO）的栈，用于存储中间计算结果和方法调用过程中的临时数据。
方法调用和返回： 每个方法的调用都会在栈上创建一个新的栈帧，其中包含方法的参数、局部变量等信息。方法执行完毕后，对应的栈帧会被弹出，返回到调用方法的栈帧中。
栈的大小： 栈的大小可以通过启动Java虚拟机时的参数进行配置。栈的大小影响着程序的调用深度，如果调用的方法层次很深，可能需要适当增大栈的大小，以防止栈溢出。
内存分配速度： 栈上的内存分配和回收速度比堆要快，因为它只需简单地移动栈顶指针，而不需要进行复杂的垃圾回收算法。
栈上分配： 一些现代的Java虚拟机对于一些局部变量的对象可以选择在栈上分配，而不是在堆上分配，以提高对象的访问速度。

总体而言，栈在Java虚拟机中扮演着重要的角色，用于支持方法的调用和执行。了解栈的原理对于理解Java程序的运行机制以及进行性能调优都是至关重要的。

程序计数器（Program Counter）

程序计数器（Program Counter）是Java虚拟机内存结构中的一部分，用于存储当前线程执行的字节码指令地址或行号。每个线程都有自己的程序计数器，它是线程私有的。以下是有关程序计数器的一些关键信息：

存储内容： 程序计数器存储了当前线程正在执行的字节码指令的地址或行号。对于Java虚拟机来说，它通常存储的是字节码的地址。
线程私有： 每个线程都有自己的程序计数器，它是线程私有的内存区域。这意味着不同的线程之间的程序计数器互不干扰。
指示下一条指令： 程序计数器是一个指针，它指示了当前线程将要执行的字节码指令。在线程切换时，程序计数器的值会被恢复，以便继续执行。
方法调用： 在Java中，程序计数器在方法调用时起着重要作用。它记录了方法调用的位置，以便在方法执行完毕后能够回到调用点继续执行。
异常处理： 程序计数器也在异常处理时发挥作用。当抛出异常时，程序计数器记录了异常抛出的位置，以便确定异常处理的入口点。
线程恢复： 程序计数器的值在线程切换时被保存和恢复。这确保了线程能够从上一次执行的地方继续执行，而不会出现混乱或错误。
Native方法： 对于Native方法，程序计数器的值可以是undefined。这是因为Native方法不是用Java字节码实现的，因此程序计数器不需要记录具体的地址。

本地方法栈(Native Method Stack)

Native方法： 本地方法是使用非Java语言编写的方法，通常是由C、C++等语言编写，并通过JNI在Java程序中调用。这些方法在本地方法栈中执行。
线程私有： 每个线程都有自己的本地方法栈，与Java栈类似，它是线程私有的内存区域。不同线程之间的本地方法栈互不干扰。
栈帧结构： 本地方法栈的栈帧结构与Java栈类似，包含局部变量表、操作数栈等信息，但它存储的是Native方法的信息。
内存管理： 与Java栈一样，本地方法栈也需要进行内存管理，包括栈帧的分配和释放。由于Native方法通常由非Java语言编写，内存管理可能依赖于底层语言的特性。
异常处理： 本地方法栈同样负责处理Native方法中的异常。在Native方法执行时，如果发生异常，本地方法栈会负责处理并传递给Java代码。
栈的大小： 本地方法栈的大小可以通过启动Java虚拟机时的参数进行配置。与Java栈相似，栈的大小影响着Native方法的调用深度，需要根据实际需求进行配置。
栈帧的创建和销毁： 本地方法栈中的栈帧在Native方法调用时创建，在方法返回时销毁。栈帧的创建和销毁过程由JNI实现。