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JVM基础概念

article 2024/11/13 10:19:01

一、JVM概述

1. 为什么要学习JVM？

线上系统突然宕机，系统⽆法访问，甚⾄直接 OOM ；

线上系统响应速度太慢，优化系统性能过程中发现 CPU 占⽤过⾼，原因是因为 JVM 的 GC 次数过于频繁；

新项⽬上线，需要对JVM的各种参数进行设置；

面对上述实际⼯作中产⽣的问题，都需要对 JVM 有全面的掌握和了解。

1.1. Java 跨平台

Java 是⼀种可以跨平台的编程语⾔，我们通常把 CPU 处理器与操作系统构成的计算机系统整体成为叫平台。

不同的 CPU ，差异主要在底层指令集不同，指令集分为精简指令集（ RISC ）和复杂指令集（ CISC ）。每个 CPU 都有自己的特定指令集。

Java 可以跨平台的最主要原因是因为 JVM ，因为不同的平台，使⽤的 JVM 不⼀样。

通常，我们编写的 Java 源代码在编译后会⽣成⼀个 Class ⽂件，称为字节码⽂件。 Java 虚拟机负责将字节码⽂件翻译成特定平台下的机器代码，然后运⾏。简单来讲， Java 的跨平台就是因为不同版本的 JVM 。只要在不同的平台上安装相应的JVM，就可以运⾏字节码⽂件（ .class ）并运⾏我们编写的 Java 程序。

1.2 Java虚拟机

虚拟机（Virtual Machine），虚拟计算机。他是一款软件，用来执行一系列虚拟计算机指令。大体上，虚拟机可以分为系统虚拟机和程序虚拟机。
VMware属于系统虚拟机，完全对物理计算机的仿真，提供一个可运行完整操作系统的平台。程序虚拟机的典型代表是java虚拟机，专门为执行某个计算机程序而设计。在java虚拟机中执行的指令称为java字节码指令。
Java虚拟机是一种执行java字节码文件的虚拟机，它拥有独立的运行机制。
Java技术的核心就是Java虚拟机，因为所有的java程序都要在java虚拟机内部运行。
JVM （ Java Virtual Machine ）是 Java 平台的基础，它有⾃⼰的指令集，并在运⾏时操作不同的内存区域（ JVM 内存模型）。 JVM 虚拟机运⾏于操作系统之上，将字节码加载到 J VM 内存模型中，通过解释器将字节码翻译成当前平台 CPU 能识别的机器码⾏。每⼀条 Java 指令， Java 虚拟机规范中都有详细定义，如怎么取操作数，怎么处理操作数，处理结果放在哪⾥。
JVM 是运⾏在操作系统之上的，所以，它与硬件没有直接交互。

1.3 JVM的特点

一次编译到处运行；
自动内存管理；
自动垃圾回收功能；

1.4 JVM整体组成部分

类加载器（ClassLoader）
运行时数据区（Runtime Data Area）
执行引擎（Execution Engine）
本地库接口（Native Interface）

程序在执行之前先要把 java 代码转换成字节码（class 文件），jvm 首先需要把字节码通过一定的方式类加载器（ClassLoader）把文件加载到内存中的运行时数据区（Runtime Data Area），而字节码文件是 jvm 的一套指令集规范，并不能直接交个底层操作系统去执行，因此需要特定的命令解析器执行引擎（Execution Engine）将字节码翻译成底层系统指令再交由CPU 去执行，而这个过程中需要调用其他语言的接口本地库接口（NativeInterface）来实现整个程序的功能，这就是这 4 个主要组成部分的职责与功能。
而我们通常所说的 JVM 组成指的是运行时数据区（Runtime Data Area），因为通常需要程序员调试分析的区域就是“运行时数据区”，或者更具体的来说就是“运行时数据区”里面的 Heap（堆）模块。