JVM内存与垃圾回收篇

来自尚硅谷宋红康的JVM视频

一，JVM与Java体系结构

1，前言

作为Java工程师的你曾被伤害过吗是否也遇到过这些问题/p>

• 运行着的线上系统突然卡死，系统无法访问，甚至直接OOM

• 想解决线上JVM GC问题，但却无从下手

• 新项目上线，对各种JVM参数设置一脸茫然，直接默认吧然后就JJ了

• 每次面试之前都要重新背一遍JVM的一些原理概念性的东西，然而面试官却经常问你在实际项目中如何调优VM参数，如何解决GC、OOM等问题，一脸懵逼

计算机系统体系对我们来说越来越远，在不了解底层实现方式的前提下，通过高级语言很容易编写程序代码。但事实上计算机并不认识高级语言。

我们为什么要学习JVM/strong>

• 面试的需要（BATJ、TMD，PKQ等面试都爱问）

• 中高级程序员必备技能

  • 项目管理、调优的需求

• 追求极客的精神

  • 比如：垃圾回收算法、JIT、底层原理

Java vs C++

JVM：跨语言的平台

Java是目前应用最为广泛的软件开发平台之一。随着Java以及Java社区的不断壮大Java 也早已不再是简简单单的一门计算机语言了，它更是一个平台、一种文化、一个社区。

• 作为一个平台，Java虚拟机扮演着举足轻重的作用

  • Groovy、Scala、JRuby、Kotlin等都是Java平台的一部分

• 作为灯种文化，Java几乎成为了“开源”的代名词。

  • 第三方开源软件和框架。如Tomcat、Struts，MyBatis，Spring等。

  • 就连JDK和JVM自身也有不少开源的实现，如openJDK、Harmony。

• 作为一个社区，Java拥有全世界最多的技术拥护者和开源社区支持，有数不清的论坛和资料。从桌面应用软件、嵌入式开发到企业级应用、后台服务器、中间件，都可以看到Java的身影。其应用形式之复杂、参与人数之众多也令人咋舌。

• 随着Java7的正式发布，Java虚拟机的设计者们通过JSR-292规范基本实现在Java虚拟机平台上运行非Java语言编写的程序。

• Java虚拟机根本不关心运行在其内部的程序到底是使用何种编程语言编写的，它只关心“字节码”文件。也就是说Java虚拟机拥有语言无关性，并不会单纯地与Java语言“终身绑定”，只要其他编程语言的编译结果满足并包含Java虚拟机的内部指令集、符号表以及其他的辅助信息，它就是一个有效的字节码文件，就能够被虚拟机所识别并装载运行。

• 因此Java虚拟机被称为最强大的虚拟机。

字节码

• 我们平时说的java字节码，指的是用java语言编译成的字节码。准确的说任何能在jvm平台上执行的字节码格式都是一样的。所以应该统称为：jvm字节码。

• 不同的编译器，可以编译出相同的字节码文件，字节码文件也可以在不同的JVM上运行。

• Java虚拟机与Java语言并没有必然的联系，它只与特定的二进制文件格式—Class文件格式所关联，Class文件中包含了Java虚拟机指令集（或者称为字节码、Bytecodes）和符号表，还有一些其他辅助信息。

多语言混合编程

• Java平台上的多语言混合编程正成为主流，通过特定领域的语言去解决特定领域的问题是当前软件开发应对日趋复杂的项目需求的一个方向。

• 试想一下，在一个项目之中，并行处理用Clojure语言编写，展示层使用JRuby/Rails，中间层则是Java，每个应用层都将使用不同的编程语言来完成，而且，接口对每一层的开发者都是透明的，各种语言之间的交互不存在任何困难，就像使用自己语言的原生API一样方便，因为它们最终都运行在一个虚拟机之上。

• 对这些运行于Java虚拟机之上、Java之外的语言，来自系统级的、底层的支持正在迅速增强，以JSR-292为核心的一系列项目和功能改进（如Da Vinci Machine项目、Nashorn引擎、InvokeDynamic指令、java.lang.invoke包等），推动Java虚拟机从“Java语言的虚拟机”向 “多语言虚拟机”的方向发展。

• 这也就是Java比较火的原因之一，现在很多项目都是微服务，SpringCloud将这种多语言编程的思维发挥到了极致。

3， Java发展的重大事件

• 1990年，在Sun计算机公司中，由Patrick Naughton、MikeSheridan及James Gosling领导的小组Green Team，开发出的新的程序语言，命名为oak，后期命名为Java

• 1995年，Sun正式发布Java和HotJava产品，Java首次公开亮相。

• 1996年1月23日，Sun Microsystems发布了JDK 1.0。

• 1998年，JDK1.2版本发布。同时，sun发布了JSP/Servlet、EJB规范，以及将Java分成了J2EE、J2SE和J2ME。这表明了Java开始向企业、桌面应用和移动设备应用3大领域挺进。

• 2000年，JDK1.3发布，Java HotSpot Virtual Machine正式发布，成为Java的默认虚拟机。

• 2002年，JDK1.4发布，古老的Classic虚拟机退出历史舞台。

• 2003年年底，Java平台的Scala正式发布，同年Groovy也加入了Java阵营。

• 2004年，JDK1.5发布。同时JDK1.5改名为JavaSE5.0。

• 2006年，JDK6发布。同年，Java开源并建立了OpenJDK。顺理成章，Hotspot虚拟机也成为了openJDK中的默认虚拟机。

• 2007年，Java平台迎来了新伙伴Clojure。

• 2008年，Oracle收购了BEA，得到了JRockit虚拟机。

• 2009年，Twitter宣布把后台大部分程序从Ruby迁移到Scala，这是Java平台的又一次大规模应用。

• 2010年，Oracle收购了Sun，获得Java商标和最具价值的HotSpot虚拟机。此时，Oracle拥有市场占用率最高的两款虚拟机HotSpot和JRockit，并计划在未来对它们进行整合：HotRockit

• 2011年，JDK7发布。在JDK1.7u4中，正式启用了新的垃圾回收器G1。

• 2017年，JDK9发布。将G1设置为默认Gc，替代CMS

• 同年，IBM的J9开源，形成了现在的Open J9社区

• 2018年，Android的Java侵权案判决，Google赔偿Oracle计88亿美元

• 同年，Oracle宣告JavaEE成为历史名词JDBC、JMS、Servlet赠予Eclipse基金会

• 同年，JDK11发布，LTS版本的JDK，发布革命性的ZGC，调整JDK授权许可

• 2019年，JDK12发布，加入RedHat领导开发的shenandoah GC

JVM是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互（JVM是有不同系统区别的）

• HotSpot VM是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一。

• 它采用解释器与即时编译器并存的架构。

• 在今天，Java程序的运行性能早已脱胎换骨，已经达到了可以和C/C++程序一较高下的地步。

6， Java代码执行流程

对于上述代码而言，使用栈操作的话，步骤如下（找到字节码文件，用javap -c 文件名）：

• 类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载Class文件，class文件在文件开头都有特定的文件标识。
• ClassLoader只负责class文件的加载，至于他是否可以运行，则是由Execution Engine决定。
• 加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类信息外，方法区中还会有存放运行时常量信息，可能还包含字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）
• 我自己的理解：类加载器是从硬盘中找到.class文件（是通过特定文件标识找），然后以二进制流的形式加载到内存中，当一个类被加载后，他是否能够运行是有执行引擎去负责的，和类加载器没有关系。且我们加载进去的类的信息都存放在方法区中，同时方法区中还有运行时常量信息等信息。如果实例化对象了，他们这个对象存放到堆中，但是对象的引用在栈里面。

类加载器ClasLoader角色

加载阶段

• Bootstrap ClassLoader：引导类加载器
• Extension ClassLoader：扩展类加载器
• System ClassLoader：系统类加载器
• User Defined ClassLoader：用户自定义加载器
• 这里的四者之间的关系是包含关系。不是上层下层，也不是子父类的继承关系。

3.1，虚拟机自带的加载器

启动类加载器（引导类加载器，Bootstrap ClassLoader）

• 这个类加载使用C/C++语言实现的，嵌套在JVM内部。

• 它用来加载Java的核心库（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar或sun.boot.class.path路径下的内容），用于提供JVM自身需要的类

• 并不继承自Java.lang.ClassLoader，没有父加载器。（因为他是c写的所以不存在这些）

• 加载扩展类和应用程序类加载器，并指定为他们的父类加载器。

• 出于安全考虑，Bootstrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类

扩展类加载器（Extension ClassLoader）

• Java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。

• 派生于ClassLoader类

• 父类加载器为启动类加载器

• 从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录的jre/1ib/ext子目录（扩展目录）下加载类库。如果用户创建的JAR放在此目录下，也会自动由扩展类加载器加载。

应用程序类加载器（系统类加载器，AppClassLoader）

• java语言编写，由sun.misc.LaunchersAppClassLoader实现

• 派生于ClassLoader类

• 父类加载器为扩展类加载器

• 它负责加载环境变量classpath或系统属性java.class.path指定路径下的类库

• 该类加载是程序中默认的类加载器，一般来说，Java应用的类都是由它来完成加载

• 通过ClassLoader#getSystemclassLoader() 方法可以获取到该类加载器

package chapter1;import com.sun.tracing.Provider;import sun.misc.Launcher;import java.net.URL;/** * @version v1.0 * @ProjectName: JVM代码 * @ClassName: ClassLoaderTest1 * @Description: 启动类加载器和扩展类加载器 * @Author: 赵先生 * @Date: 2022/1/30 16:37 */public class ClassLoaderTest1 {    public static void main(String[] args) {System.out.println("*********启动类加载器***********");//获取启动类加载器能够加载的路径URL[] urLs = Launcher.
来源：。ming。
                                                        
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