Java 虚拟机（JVM）深入解析

1. Java 虚拟机概述Java 虚拟机（JVM）是一个可以执行 Java 字节码的虚拟机进程。Java 源文件被编译成字节码文件，这些字节码文件能够在任何安装有 Java 虚拟机的平台上运行，这就是 Java 被称作“平台无关的编程语言”的原因。

2. Java 代码的运行机制### 2.1 虚拟机的必要性Java 代码需要在 JVM 中运行，以确保其可移植性。编译后的字节码可以在不同平台上的 JVM 实现上无缝运行。

2.2 JVM 的运行过程JVM 将运行时内存区域划分为五个主要部分：方法区、堆、程序计数器（PC 寄存器）、Java 方法栈和本地方法栈。class 文件首先被加载到方法区，然后 JVM 才能执行其中的字节码。

2.3 运行效率JVM 的运行效率受到多种因素的影响，包括但不限于 JVM 的实现、垃圾回收机制、JIT 编译优化等。

3. JVM 类加载机制Java 类的加载遵循一定的机制，包括加载、链接、初始化等阶段，确保类在需要时才被加载到 JVM 中。

4. JVM 内存管理### 4.1 运行内存分类JVM 的运行内存主要分为堆内存和栈内存，其中堆内存用于存储对象实例，栈内存用于管理方法调用。

4.2 内存监控与诊断可以使用多种工具监控和诊断 JVM 的内存使用情况，例如 jconsole、VisualVM 等。

5. Java 引用类型Java 中有四种引用类型：强引用、软引用、弱引用和虚引用，它们在垃圾回收过程中有不同的处理策略。

6. JVM 编译与 GC 日志理解 JVM 内置的编译或垃圾收集（GC）日志对于性能调优至关重要。

7. 永久代与垃圾回收在 JDK 8 之前，JVM 有一个称为永久代的内存区域，用于存储类元数据。从 JDK 8 开始，永久代被元空间取代，垃圾回收机制也相应改变。

8. Java 异常类型Java 中有两种异常类型：检查型异常和非检查型异常。检查型异常需要在代码中显式处理，而非检查型异常则不需要。

9. JVM 同步机制JVM 实现同步的方式包括 synchronized 关键字、volatile 变量以及锁机制等。

10. Java 内存模型Java 内存模型（JMM）定义了 Java 线程如何与内存交互，确保多线程程序的内存一致性。

11. JIT 编译器优化JIT 编译器会进行多种优化，例如内联、去虚拟化、逃逸分析等，以提高程序的运行效率。

12. 重复读写操作优化在某些情况下，JVM 可以优化重复的读写操作，减少内存访问次数，提高程序性能。

13. 垃圾回收的条件垃圾回收发生在内存中存在不再被引用的对象时，以释放内存空间供新对象使用。

14. JFR 与 JMCJava Flight Recorder（JFR）和 Java Mission Control（JMC）是两个强大的工具，用于监控和分析 Java 程序的性能。

15. Unsafe API 的使用Unsafe API 允许程序员绕开 JVM 的某些限制，进行低级别的系统操作，但使用时需谨慎。

16. 字节码注入字节码注入是一种技术，可以在运行时动态地修改或增加 Java 类的字节码。

17. 其他 JVM 相关主题JVM 还有许多其他高级特性和优化技术，值得深入学习和探索。

在提升Java程序的运行效率方面，HotSpot虚拟机采取了一种独特的混合执行策略。具体来说，它首先通过解释执行Java字节码来启动程序。随后，对于频繁执行的代码段，HotSpot虚拟机会选择将它们即时编译为机器码，从而实现更高效的执行。 HotSpot虚拟机内置了多种不同的即时编译器，它们各自针对编译时间和生成代码的执行效率进行了优化，以适应不同的场景和需求。这些编译器能够根据代码的执行频率和特点，智能地选择最合适的编译策略，确保Java程序在不同条件下都能获得最优的性能表现。

Java虚拟机类加载机制解析

Java虚拟机（JVM）加载Java类的过程可以类比为建造一栋房子的过程，具体分为三个主要步骤：加载、链接和初始化。

加载加载是JVM查找字节流并据此创建类的过程。这个过程可以想象成村里的Tony想要建造一栋房子，他需要找到一位建筑师来设计房型。这里的房型相当于Java类，而建筑师则相当于类加载器。在JVM中，类加载器遵循双亲委派模型，即当接收到加载请求时，会先将请求转发给父类加载器。

链接链接是将创建的类合并到JVM中，使其能够执行的过程。链接过程包括验证、准备和解析三个阶段。其中，解析阶段是可选的。

初始化初始化是为类中的静态字段赋值并执行静态代码块的过程。类的初始化只会执行一次，这个特性常用于实现单例模式中的延迟初始化。在我们的例子中，这相当于房子装修完成后，Tony才能搬进去居住。

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JVM 内存监控与诊断

1. 工具与方法监控和诊断 JVM 内存使用情况，可采用以下工具和方法：

• 图形化工具：使用 JConsole 或 VisualVM 等工具，直观显示内存使用情况。
• 命令行工具：利用 jstat 和 jmap 等工具查询内存使用数据。
• 堆转储分析：使用 jmap 生成 Heap Dump 文件，再通过 jhat 或 Eclipse MAT 进行分析。
• Java EE 服务器：如 Tomcat、Weblogic 等，提供内存管理功能。
• GC 日志：包含丰富的内存使用信息。
• 直接内存监控：使用 JDK 的 Native Memory Tracking（NMT）特性。

2. 永久代与垃圾回收永久代（PermGen）在 Java 8 之前用于存储类信息和常量，不会发生垃圾回收。但永久代满了会触发 Full GC。Java 8 移除了永久代，引入了元数据区。

3. 对象回收条件对象在应用程序中不可触及时，即可被垃圾回收。

4. 异常类型与区别Java 中的异常分为两类：

• 受检查的异常（checked）：必须在方法或构造函数上声明，使用 throws 语句。
• 不受检查的异常（unchecked）：不需要声明，可传播到外部。

5. JVM 垃圾回收算法

• **标记
• 清除**：先标记后清除。
• 复制算法：内存分为两部分，交替使用。
• **标记
• 整理**：标记后整理内存，清除边界外的可回收对象。
• 分代收集：新生代使用复制算法，老年代使用标记
• 清除或整理算法。

6. JVM 知识框架图附上郑雨迪原创的 JVM 学习知识框架图，作为学习指南。

郑雨迪专栏：高效代码编写与JVM优化指南

简介郑雨迪，Oracle Labs 高级研究员，GraalVM 编译器组核心开发者。本专栏旨在分享高效代码的编写技巧，Bug 处理策略，以及JVM参数调整方法，助力读者在技术面试中取得优异表现，赢得理想职位。

专栏内容概览

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