带你了解JVM到底是什么（一）-洪萨配资

前言

对于Java 开发者而言，JVM（Java 虚拟机）是绕不开的核心底层基石。

我们写的.java源码，编译为.class字节码，并不直接在操作系统上运行，而是跑在 JVM 之上。

JVM 屏蔽了操作系统、硬件差异，实现了一次编写，到处运行；同时提供内存管理、垃圾回收、类加载、即时编译、并发内存模型全套能力。

一、JVM整体概述

1.什么是JVM

JVM是java虚拟机，本质上是一台抽象的、栈式指令集虚拟机，执行java字节码文件(.class）

2.核心特性

跨平台：字节码统一，JVM 适配各系统（Windows/Linux/Mac）
自动内存管理：开发者无需手动分配 / 释放内存
垃圾回收 GC：自动回收无效对象，避免内存泄漏
安全隔离：沙箱机制、类加载双亲委派安全隔离
即时编译 JIT：热点代码编译为本地机器码，提升执行效率

3.JVM整体框架

标准 JVM 内部结构分为 5 大模块：

类加载器子系统：加载.class字节码到内存
运行时数据区：JVM 内存核心（堆、栈、方法区等）
执行引擎：解释器 + JIT 即时编译器，执行字节码
本地方法接口 JNI：调用本地 C/C++ 方法
本地方法库：底层系统原生方法库

执行流程：Java源码 → 编译器 → class字节码 → 类加载器 → 运行时数据区 → 执行引擎 → 机器指令执行

二、类加载子系统

类加载器的作用就是将字节码文件加载到JVM中，从而让Java程序能够启动起来

1.类加载全过程

一共有五个阶段：加载 → 验证 → 准备 → 解析 → 初始化

1）加载

读取.class字节码二进制数据、在内存方法区里创建Class对象、生成类元数据常量池

2）验证

保证字节码安全合法：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。

3）准备

为静态变量分配内存，并赋默认初始值，例如：

int → 0
boolean → false
引用数据 → null：不赋程序员写的初始值

4）解析

把符号引用替换为直接内存地址引用。

5）初始化

真正执行静态代码块、静态变量赋值，触发类的主动加载。

2.类加载器分类

1）启动类加载器 Bootstrap ClassLoader

C++ 实现，加载 JDK 核心基础类rt.jar

2）扩展类加载器 Extension ClassLoader

加载 jre/lib/ext 扩展包

3）应用程序类加载器 Application ClassLoader

加载开发者自己编写的Java类、第三方 jar

4）自定义类加载器

继承 ClassLoader，实现热部署、加密解密字节码

3.双亲委派模型（重点）

用于一句话来说流程就是：加载类时，先让上级试试，上级能加载就用上级的，上级加载不了，才自己动手

1）工作流程

当一个类要被加载时：

向上委托：自定义类加载器 → 父加载器 → 再父加载器 → 直到启动类加载器
向下反馈：启动类加载器加载不了 → 退回给扩展类加载器 → 再退回给应用类加载器 → 最后才由自定义类加载器加载

2）好处

沙箱安全：防止 “山寨货” 冒充正品：比如你想自己写一个java.lang.String类冒充系统自带的。按照双亲委派，加载java.lang.String时，会先交给启动类加载器，它直接加载了系统自带的那个，根本轮不到你写的版本。这样就防止了恶意代码篡改系统核心类。
类全局唯一：不管谁加载，只要类名一样，就会交给同一个加载器处理，保证一个类只被加载一次，不会出现两个一模一样的类打架。
职责分层：谁的活谁干，不乱抢
- 启动类加载器：只加载rt.jar里的系统核心类（比如java.lang.*）
- 扩展类加载器：只加载ext目录的扩展包
- 应用类加载器：只加载你自己写的代码和第三方 jar分工明确，谁也不越界。

3）什么是破坏“双亲委派”

正常流程是 “先委托上级，再自己加载”，破坏双亲委派就是打破这个规则，不先找上级，直接自己加载。

常见场景

热部署：不停机更新代码，需要用自定义类加载器重新加载新版本类，不交给父加载器处理。
OSGi：模块化框架，每个模块有自己的类加载器，互相隔离，不走双亲委派。
SPI 机制：比如 JDBC，需要让应用类加载器反过来加载 SPI 接口的实现类，不遵循向上委托的规则。

三、JVM运行时数据区

JVM 启动后划分 5 大内存区域：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区

1. 程序计数器（PC 寄存器）

线程私有，记录当前线程下一条要执行的字节码行号，唯一没有 OOM的内存区域（OOM就是内存溢出，当内存耗尽时会触发OOM）

作用：线程切换后恢复执行位置

2. Java 虚拟机栈（虚拟机栈）

线程私有，生命周期随线程；每个方法执行都会创建一个栈帧

栈帧包含：局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口

异常：

栈深度过大：StackOverflowError
栈动态扩容无法申请：OOM

3. 本地方法栈

作用和虚拟机栈类似，为Native 本地方法服务，同样会抛出栈溢出、OOM

4. 堆 Heap（最重要）

可以线程共享，JVM 最大内存区域；所有对象、数组实例都在堆上分配

唯一目的：存放对象，GC 垃圾回收主战场

堆内存划分：新生代 + 老年代

新生代：Eden 区 + Survivor0 + Survivor1

老年代：存放长期存活、大对象

5. 方法区（元空间 Metaspace）

线程共享
存放：类结构、常量池、方法字节码、静态变量、即时编译代码

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