java虛擬機---JVM

JVM

JVM，也就是 Java 虛擬機，它最主要的作用就是對編譯后的 Java 字節碼文件逐行解釋，翻譯成機器碼指令，并交給對應的操作系統去執行。
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JVM 的其他特性有：

JVM 可以自動管理內存，通過垃圾回收器回收不再使用的對象并釋放內存空間。
JVM 包含一個即時編譯器 JIT，它可以在運行時將熱點代碼緩存到 codeCache 中，下次執行的時候不用再一行一行的解釋，而是直接執行緩存后的機器碼，執行效率會大幅提高。

注：JIT 和 JNI 的區別：
JIT 是“即時編譯”（Just-In-Time Compilation）的縮寫。
它是一種在程序運行時將字節碼（bytecode）編譯成機器碼的技術，主要用于提高程序的執行效率。JNI 是Java 提供的一種編程框架，允許 Java 代碼與用其他語言（如 C、C++）編寫的本地代碼交互。
通過 JNI，Java 程序可以調用本地方法（native methods），這些方法通常是用 C 或 C++ 實現的，
并編譯為動態鏈接庫（DLL 或 SO 文件）。反過來，本地代碼也可以調用 Java 方法

任何可以通過 Java 編譯的語言，比如說 Groovy、Kotlin、Scala 等，都可以在 JVM 上運行。

“通過 Java 編譯”在問題中的含義是指“編譯成 Java 字節碼”，每種語言都有自己的專用編譯器。

JVM的組織架構

JVM 要解釋執行需要進行三個步驟：加載 .class 文件 -> 準備數據 -> 執行
因此 JVM 大致可以劃分為三個部分：類加載器、運行時數據區和執行引擎。

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JVM內存模型

Java 虛擬機（JVM）在運行 Java 程序時，會將內存劃分為若干區域，每個區域有其特定的功能。
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程序計數器（Program Counter Register）
- 作用：記錄當前線程正在執行的字節碼指令的地址，用于控制程序的執行流程。
- 特點：每個線程都有獨立的程序計數器，線程之間互不干擾。
Java 虛擬機棧（Java Virtual Machine Stacks）
- 作用：為 Java 方法（非 native 方法）的執行提供內存空間。
- 特點：每個線程擁有自己的虛擬機棧，棧中包含多個棧幀（Stack Frame）。每個棧幀對應一次方法調用，存儲局部變量表、操作數棧、動態鏈接和方法出口等信息。
本地方法棧（Native Method Stacks）
- 作用：為 native 方法（用 C/C++ 等語言編寫的方法）提供內存支持。
- 特點：與 Java 虛擬機棧類似，但專用于 native 方法的執行。
Java 堆（Java Heap）
- 作用：存儲對象實例和數組。
- 特點：JVM 中最大的內存區域，所有對象實例都在堆上分配內存。堆是垃圾收集器（GC）的主要管理區域。
方法區（Method Area）
- 作用：存儲類的元數據信息（如類結構）、靜態變量、常量以及即時編譯器編譯后的代碼。
- 特點：在 JDK 8 及之后，方法區被元空間（Metaspace）取代，元空間使用本地內存而非 JVM 堆內存。
運行時常量池（Runtime Constant Pool）
- 作用：存儲編譯期生成的字面量（如字符串常量）和符號引用。
- 特點：是方法區的一部分，包含每個類的常量池表。JDK 8 方法區變元空間，運行時常量池就放在堆上。
直接內存（Direct Memory）
- 作用：不屬于 JVM 運行時數據區，但常用于 NIO（如 ByteBuffer）等場景。
- 特點：使用本地內存，不受 JVM 堆大小限制。

內存區域變化

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主要是方法區到元空間，以及常量池的變化

字符串常量池，類常量池，運行時常量池存儲的都是什么啊？

1.字符串常量池

字符串常量池主要存儲字符串字面量，也就是在 Java 代碼中用雙引號括起來的字符串，例如 “Hello”、“World” 等。
它的設計目的是為了復用這些字符串對象，確保 JVM 中每個唯一的字符串字面量只有一份，從而節省內存。
String s1 = “Hello”; String s2 = “Hello”;用 s1 == s2 驗證，結果為 true
用 new String(“Hello”) 創建字符串，這個對象會分配在堆上，可以通過 String.intern() 方法將它放入字符串常量池。

2.類常量池

javac 將源文件編譯成 .class 文件，類常量池指的是這個文件的一部分，是在磁盤上的。
類常量池存儲了在編譯時生成的 字面量 和 符號引用
類加載階段JVM 加載 .class 文件時，會把類常量池的內容拷貝到方法區（JDK 8+ 在元空間）
在解析階段，邏輯地址會被替換為實際的內存地址，部分數據進入運行時常量池。

例如對于一個類：

package example;import utils.Helper;  // 🔹 導入外部類public class Main {// 🔹 靜態常量static final double PI = 3.14159;// 🔹 實例變量private String name;// 🔹 構造方法public Main(String name) {this.name = name;}// 🔹 普通方法public void greet() {System.out.println("Hello, " + name);}public static void main(String[] args) {// 🔹 創建對象Main obj = new Main("Alice");obj.greet();// 🔹 調用外部類方法Helper.sayHello();}
}

類常量池為：

CONSTANT_Class      example/Main
CONSTANT_Class      utils/Helper  // 🔹 外部類
CONSTANT_Fieldref   example/Main.PI
CONSTANT_Fieldref   example/Main.name
CONSTANT_Methodref  example/Main.<init>  // 🔹 構造方法
CONSTANT_Methodref  example/Main.greet   // 🔹 方法
CONSTANT_Methodref  utils/Helper.sayHello  // 🔹 外部類方法
CONSTANT_String     "Hello, "
CONSTANT_String     "Alice"
CONSTANT_Double     3.14159

3.運行時常量池

運行時常量池是 JVM 在運行時為每個類或接口維護的常量池
運行時常量池支持動態鏈接和運行時解析，例如將對 System.out.println 的符號引用解析為具體的對象和方法地址。
它還能在程序運行時擴展，例如添加新的字符串常量
運行時常量池 = 類常量池內容 + 直接引用 + 動態常量

堆內存

堆是Java虛擬機（JVM）中內存管理的一個重要區域，主要用于存放對象實例和數組。隨著JVM的發展和不同垃圾收集器的實現，堆的具體劃分可能會有所不同，但通常可以分為以下幾個部分：
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新生代：新生代又被劃分為 Eden 空間和兩個 Survivor 空間（From 和 To）
- 新創建的對象會被分配到 Eden 空間。
- Eden 區填滿時，會觸發一次 Minor GC，清除不再使用的對象。存活下來的對象會從 Eden 區移動到 Survivor 區
老年代：對象在新生代中經歷多次 GC 后，如果仍然存活，會被移動到老年代。當老年代內存不足時，會觸發 Major GC，對整個堆進行垃圾回收。
大對象區：在某些JVM實現中（如G1垃圾收集器），為大對象分配了專門的區域，這部分區域在老年代。

對象的內存布局

對象的內存布局是由 Java 虛擬機規范定義的，但具體的實現細節各有不同，如 HotSpot 和 OpenJ9 就不一樣。HotSpot：
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對象四種引用

四種分別是“強、軟、弱、虛”。
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強引用：Object obj = new Object(); 只要存在就不回收；
軟引用：SoftReference softRef = new SoftReference<>(new Object()); 內存不足回收，常用于實現內存敏感的緩存（如圖片緩存），在內存壓力大時自動清理；
弱引用：WeakReference weakRef = new WeakReference<>(new Object()); 一定回收，臨時引用，避免內存占用，比如 threadlocal 里的 key；
虛引用：PhantomReference phantomRef = new PhantomReference<>(new Object(), queue); 通常與 ReferenceQueue 結合使用，當對象被回收時，虛引用會被放入關聯的 ReferenceQueue，在對象被回收時收到通知。虛引用不可達；
Java.lang.ref 包下的類

內存泄漏和內存溢出

用一個比較有味道的比喻來形容就是，內存溢出是排隊去蹲坑，發現沒坑了；內存泄漏，就是有人占著茅坑不拉屎，導致坑位不夠用。
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內存泄漏舉例：1、靜態屬性導致內存泄露 2、 未關閉的資源 3、 使用ThreadLocal
靜態屬性（用 static 修飾的字段）屬于類級別，其生命周期與類的加載和卸載綁定，其超長的生命周期和全局可見性導致更容易內存泄漏
ThreadLocal—java

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