jvm虚拟机

一、什么是JDK, JRE, JVM？

JDK: 将java源代码变成java字节码（.class文件）。
JRE: 运行已编译程序所必须的环境，不能将java源代码编译成字节码。
JVM：运行java字节码文件，是执行java程序的虚拟计算机系统，它是 Java 实现跨平台的关键。

Java 程序运行的时候，编译器会将 Java 源代码（.java）编译成操作系统无关的 Java 字节码文件（.class），接下来对应操作系统的 JVM 会对字节码文件进行解释，翻译成对应操作系统的机器指令并运行。

二、JVM 的组织架构

JVM 主要由四大部分组成：类加载器、运行时数据区，执行引擎和本地库接口。下图可以大致描述jvm的结构。

java程序JVM中的执行过程：首先需要编译器编译好的java字节码文件（.class文件）,计算机运行时需要通过一定的方法发式（1类加载器）将.class文件加载到内存中（2运行时数据区），但由于字节码文是JVM定义的一套指令集规范，并不能直接交给操作系统去执行，需要特定的命令解释器（3执行引擎）将字节码翻译成特定的操作系统指令集交给cpu去执行，这个过程需要用到一些不同语言为java提供的接口（例如驱动）这就用到了本地Native接口（4本地库接口）

下图展示java程序的运行过程：
当java字节码文件通过通过类加载器加载到内存中时，才能被实例化，然后到JVM中解释执行，最后通过操作系统cpu 执行获取结果。

三、JVM 的内存区域

VM 的内存结构，可以分为程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区等。

1. 程序计数器（Program Counter Register）也被称为 PC 寄存器，是一块较小的内存空间。它可以看作是当前线程所执行的字节码行号指示器。
2. Java 虚拟机栈就是栈，它的生命周期与线程相同。当线程执行一个方法时，会创建一个对应的栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，然后栈帧会被压入栈中。当方法执行完毕后，栈帧会从栈中移除。
3. 本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈相似，区别在于虚拟机栈是为 JVM 执行 Java 编写的方法服务的，而本地方法栈是为 Java 调用本地（native）方法服务的，由 C/C++ 编写。在本地方法栈中，主要存放了 native 方法的局部变量、动态链接和方法出口等信息。当一个 Java 程序调用一个 native 方法时，JVM 会切换到本地方法栈来执行这个方法。
4. 堆（heap）是 JVM 中最大的一块内存区域，被所有线程共享，在 JVM 启动时创建，主要用来存储对象的。
5. 方法区用于存储已被 JVM 加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等。它并不真实存在，属于 Java 虚拟机规范中的一个逻辑概念

四、对象

对象的创建

使用 new 关键字创建一个对象的时候，JVM 首先会检查 new 指令的参数是否能在常量池中定位到一个类的符号引用，然后检查这个符号引用代表的类是否已被加载、解析和初始化过。如果没有，就先执行相应的类加载过程。

如果已经加载，JVM 会为新生对象分配内存，内存分配完成之后，JVM 将分配到的内存空间初始化为零值（成员变量，数值类型是 0，布尔类型是 false，对象类型是 null），接下来设置对象头，对象头里包含了对象是哪个类的实例、对象的哈希码、对象的 GC 分代年龄等信息。

最后，JVM 会执行构造方法（<init>），将成员变量赋值为预期的值，这样一个对象就创建完成了。

对象的访问

所以对象访问方式也是由虚拟机实现而定的，主流的访问方式主要有使用句柄和直接指针两种。
如果使用直接指针访问的话，Java 堆中对象的内存布局就必须考虑如何放置访问类型数据的相关信息，reference 中存储的直接就是对象地址，如果只是访问对象本身的话，就不需要多一次间接访问的开销，如图所示：

对象的销毁

当对象创建完成后，就可以通过引用来访问对象的方法和属性，当对象不再被任何引用指向时，对象就会变成垃圾。

垃圾收集器会通过可达性分析算法判断对象是否存活，如果对象不可达，就会被回收。

垃圾收集器会通过标记清除、标记复制、标记整理等算法来回收内存，将对象占用的内存空间释放出来。

五 JVM垃圾回收

JVM提供了多种垃圾回收器，它们使用了不同的算法来管理内存。主要的垃圾回收器包括：

Serial GC：单线程收集器，使用一个GC线程来完成GC工作，且在进行垃圾收集时必须暂停其他所有的工作线程（Stop-The-World），直到它收集结束。适用于单核处理器或小型应用。
Parallel GC：并行收集器，在Serial基础上发展而来，它使用多个GC线程来执行GC工作，以缩短Stop-The-World停顿的时间。适用于多核处理器环境。
CMS（Concurrent Mark Sweep）GC：并发收集器，目标是尽量减少应用的停顿时间。它采用标记-清除算法进行垃圾收集，分为四个阶段：初始标记、并发标记、重新标记、并发清除。
G1（Garbage-First）GC：面向服务端应用的垃圾收集器，是JDK 9以后的默认垃圾收集器。它具备面向局部收集的特点，可以建立可预测的停顿时间模型，同时能够兼顾应用的吞吐量及停顿时间要求。G1收集器将整个Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），并且能优先处理回收收益最大的区域。

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JVM进行垃圾回收的时机通常不是由垃圾回收器主动触发的，而是由JVM根据内存使用情况来决定何时进行垃圾回收。常见的触发条件包括：
内存分配失败：当应用向JVM申请内存，但JVM的堆内存不足以满足申请需求时，JVM会尝试执行垃圾回收来释放内存。
达到阈值：JVM会根据GC日志中设定的阈值来触发垃圾回收，如Eden区（年轻代的一部分）达到一定比例等。

内存溢出和内存泄漏

内存溢出：是指当程序请求分配内存时，由于没有足够的内存空间满足其需求，从而触发的错误。在 Java 中，这种情况会抛出 OutOfMemoryError。
内存泄漏：是指程序在使用完内存后，未能释放已分配的内存空间，导致这部分内存无法再被使用。随着时间的推移，内存泄漏会导致可用内存逐渐减少，最终可能导致内存溢出

总结

学习完jvm,对java程序的运行过程有了更清晰的认识。能清楚的知道jdk,jre,jvm的作用。