深入理解JavaSEJVM

作者：袖梨 2026-08-07

Java虚拟机（JVM,Java Virtual Machine）是Java运行时环境的核心,它是一个能够运行Java字节码的假想计算机,JVM的主要职责包括加载和运行Java字节码,提供运行时环境支持Java程序执行,并管理内存和垃圾回收等。

一、JVM内存区域划分

JVM：java虚拟机，是仿照真实的操作系统进行设计的。真实操作系统中，对于进程的地址空间是进行了区域划分的。JVM也就仿照此，也进行了区域划分的设计。

具体划分（四个核心区域）：

  1. 程序计数器：一个很小的区域，只用来记录当前指令执行到哪个地址。
  2. 元数据区：保存当前类被加载好的数据（类对象 .class），Java8之前叫方法区。
  3. 栈：保存方法的调用关系。
  4. 堆：保存 new 的对象。这句代码：Test t = new Test() 代码中new Test()一定在堆中，t 是局部变量就在栈；t 是成员变量就在堆； t 是一个静态成员变量就在元数据区。

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二、类加载机制

2.1 类加载的步骤

类加载的步骤：

  1. 加载：找到 .class 文件 ，根据类的全限定名（包名+类名），打开文件，读取文件内容读到内存中；
  2. 连接：

    2.1. 验证：解析，校验 .class文件的内容是否合法，并把合法内容转成结构化的数据

    2.2. 准备：给类对象申请内存空间（此处相当于全0的空间）；

    2.3. 解析：针对字符串常量，进行初始化；（将 .class文件解析出的字符串常量，放到元数据区，常量池中）；

  3. 初始化：将类对象进行初始化。

2.2 双亲委派模型

双亲委派模型：描述类加载中，根据全限定类名，找到.class 文件的过程。

类加载器：JVM中专门的模块，负责类加载。JVM默认提供三种类加载器(存在父子关系，1是爷，2是爸，3室儿)：

  1. BootstrapClassLoader：找Java标准库的目录
  2. ExtensionClassLoader：找Java扩展库的目录
  3. ApplicationClassLoader：第三方库和当前项目的目录

过程：

  1. 进行类加载的时候，通过全限定类名找.class文件时，先从ApplicationClassLoader作为入口，然后把加载类的任务交给父亲 ExtensionClassLoader，他又先给他的父亲 BootstrapClassLoader，然后 BootstrapClassLoader找Java标准库范围，找到了就加载，没找到就抛回给儿子 ExtensionClassLoader，同理进行。最后 ApplicationClassLoader都没找到，就抛出异常。

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三、垃圾回收机制 (GC)

Java中释放内存（主要是针对堆上的对象）的手段。

在c语言中手动申请的内存需要手动释放，而Java引入GC会自动识别，某个内存后续是否还会使用，自动释放。

工作过程：

  1. 找到垃圾
  2. 释放垃圾

找到垃圾：

有两个方案，引用计数和可达性分析，Java采取的是可达性分析。

  1. 引用计数：给每一个对象在new的时候，搭配上一个小的内存空间，保存一个整数，表示指向这个对象的引用个数。

    1.1. 每次进行引用赋值的时候都会触发引用计数的修改，当计数为0的时候，这个对象就是垃圾了。

    1.2. 缺陷：内存消耗更多，可能出现循环引用（两个对象互相引用，引用变空，但是计数不会变为0）的问题。

  2. 可达性分析：用时间换空间，是一个周期性的过程，每隔一段时间，触发一次。

    2.1. 以代码中的一些特定对象（栈上的局部变量（引用类型的）、常量池引用指向的对象、静态成员（引用类型）），作为遍历的起点。

    2.2. 以这些特殊对象为起点，尽可能去遍历，判断某个对象是否能访问到。

    2.3. 每一次访问到一个对象，就把这个对象标记成可达，当完成所有的对象，未被标记的就是垃圾。

释放垃圾：

  1. 标记 - 清除：把垃圾对象的内存直接进行释放。
  2. 缺点：会产生内存碎片问题（回收后导致内存空间不连续）

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  1. 复制算法：一片内存空间，一分为二，一次只使用其中一半。当垃圾回收的时候，先将不是垃圾的内存复制到另一半没使用的内存中，再将这一半整体释放掉。
  2. 缺点：内存空间利用率低，一旦不是垃圾的对象很大，复制的成本就很高。

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  1. 标记 - 整理：类似于顺序表删除数据操作，将不是垃圾的内存向前移动，最后回收后面一片的内存。
  2. 缺点：内存搬运数据的成本很高。

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  1. 分代回收：把上面的三种方式结合起来，主要是2和3。Java给的策略。
  2. ”代” - 》指代对象经历的GC轮次（先将内存分为 新生代区 和 老年代区），初始为0，经一轮GC后就加1；如果一个对象的轮次已经很大了，那么大概率还会存在很久。对轮次大的对象，GC的频率就会降低。
  3. 进一步会将新生代分为 伊甸区 和两个幸存区，比例大概8：1：1。
  4. 将新创建的对象放入伊甸区，大部分伊甸区的对象熬不过第一轮GC，熬过去了就通过 复制算法 进入一个幸存区；
  5. 一个幸存区的对象又熬过一轮GC就会通过 复制算法 进入另一个幸存区，反复跳跃
  6. 如果一个对象在幸存区经历了多轮GC，就会晋升到老年代区。
  7. 老年代区就使用的标记 - 整理 回收机制。
  8. 如果一个对象特别大，直接进入老年代区。

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