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JVM虚拟机：内存结构、垃圾回收、性能优化

news 2025/7/9 12:20:43

1、JVM虚拟机的简介

Java 虚拟机（Java Virtual Machine 简称：JVM）是运行所有 Java 程序的抽象计算机，是 Java 语言的运行环境，实现了 Java 程序的跨平台特性。JVM 屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使得 Java 程序只需生成在 JVM 上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行‌。

1.1 JVM 的基本组成

JVM 主要由以下几个部分组成：

类加载器‌：负责将 .class 文件加载到内存中。
‌执行引擎‌：负责解释执行字节码或通过即时编译（JIT）将其转换为机器码。
‌运行时数据区‌：包括堆、栈、方法区和程序计数器等，用于存储程序运行时的数据和状态。
‌本地接口‌：用于融合不同的编程语言，虽然使用较少，但在需要与硬件交互时仍然重要‌。

1.2 JVM 的运行流程

编译‌：Java 源代码通过 javac 编译器编译成字节码（.class文件）。
‌类加载‌：类加载器将字节码文件加载到 JVM 的内存中。
‌执行‌：执行引擎解释或编译字节码，并提交操作系统执行。
‌垃圾回收‌：自动管理内存，防止内存泄漏和溢出‌。

1.3 JVM 的跨平台特性

JVM 的跨平台特性使得 Java 程序可以在任何支持 JVM 的操作系统上运行，实现了“一次编写，到处运行”（Write Once, Run Anywhere, WORA）的目标。这是通过 JVM 屏蔽底层硬件和操作系统的差异，提供统一的字节码规范来实现的‌。

2、JVM 的内存结构

JVM 在执行 Java 程序的时候，为了便于管理，会把它所管理的内存划分为多个不同区域。

JVM 的内存结果如下图：

2.1 字节码文件（class 文件）

字节码文件（class 文件）是 Java 程序编译后生成的中间代码，这些中间代码将会被 JVM 解析并执行。字节码文件是 Java 源代码（.java）编译后生成的中间代码文件（.class），采用二进制格式存储，包含 JVM 可执行的指令集。与机器码不同，字节码是平台无关的中间表示，需由 JVM 解释或即时编译（JIT）为机器码执行。

2.2 类加载器（ClassLoader）

类加载器子系统负责把 class 文件转载到内存中，供虚拟机执行。

2.3 方法区（Method Area）

方法区用来存储被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、编译器编译后的代码等数据。在类加载器加载 class 文件的时候，这些信息将会被提起出来，并存储到方法区中。由于这个区域是所有线程共享的区域，因此，它被设计为线程安全的。方法区可以被看出 JVM 的一个规范，在 HotSpor 中，方法区是用 Perm 区来实现的方法区。