JVM基础原理

jvm
JVM
发布日期:   2020-05-04
字数:   1.4k
阅读时间:   5 分钟

JVM基础原理

jvm基础

jvm是什么？

jvm是运行在操作系统上的执行.class文件的虚拟机

jvm与操作系统的关系？

相同点都是可以执行对应的程序
不同点是jvm是可执行class文件与操作系统中间的一层（ps：某人说过计算机世界中的问题如果一个中间层不能解决就再加一个☺️）

jvm、jdk、jre之间的关系？

  • jdk>jre>jvm>操作系统

JjvW4I.png

java虚拟机规范与Java语言规范之间的关系？

java虚拟机规范是定义执行.class文件的虚拟机的规范；
java语言规范是定义java文件的规范

jvm中的内存划分

java比c等系列的语言引以为豪的就是引入来自动内存管理机制，不让使用者在关心内存的管理。

  • 内存划分

Jvwl01.png

  1. 堆区
  2. 栈区（本地方法栈、java虚拟机栈）
  3. 程序计数器
  4. 本地内存（元空间、直接内存）

堆区

堆是一个由线程之间共享的内存区域。基本类型的对象会中栈上进行分配，而普通类型的对象会栈堆上进行分配。由于栈是线程独立的，因此就不存在并发问题

栈区

  • 虚拟机栈

Java虚拟机栈是基于线程级别的，每个线程都拥有独立都虚拟机栈。虚拟机栈的作用是存储栈帧，栈帧的作用是是保存每个线程当前运行方法的状态或值。

栈值中分为：

  • 局部变量表（用于存放方法参数和方法内定义的局部变量）
  • 操作数栈（存放方法运行期间的操作数或结果）
  • 动态连接（方法调用过程中的动态连接）
  • 方法返回地址

程序计数器

程序计数器是用来标记当前线程正在执行的程序运行到哪了一行。

元数据空间

元数据空间是JDK8中划分出来的，用于替代JDK7已经之前的Perm区(永久代)。
元数据空间存储class信息、常量池、方法数据、方法代码等等

小结

jvm中运行的参数是在栈上的信息，栈上保存的引用指向的是堆中的对象，类信息、常量等信息则是放在元数据空间中。

对象创建的过程

  • 类加载检查
  • 分配内存空间
  • 设置对象的头部信息（对象的类型、hashcode、锁状态等）
  • 执行init方法(初始化)
  • 返回对象的引用

对象的有两种创建方式,一种是通过TLAB分配内存，另一种是通过CAS + 自旋锁分配内存。

TLAB (Thread Local Allocation Buffer) 的使用场景：

  • 适用场景：
    1. 小对象优先： TLAB 主要用于分配小对象。 这里的“小”是相对于整个堆空间而言的，具体大小由 JVM 的配置参数决定（例如，TLABSize）。通常，这个值设置为几 KB 到几十 KB。
    2. 线程频繁创建对象： TLAB 的优势在于避免了线程间的竞争，因此特别适合线程频繁创建对象的场景。例如，Web 服务器处理大量请求时，每个请求处理线程可能会创建很多临时对象。
    3. 内存分配速度敏感的应用： 由于 TLAB 分配不需要同步，速度非常快，因此对内存分配速度要求高的应用场景非常适用。

CAS + 自旋锁 的使用场景：

  • 适用场景：
    1. 大对象： 当对象的大小超过 TLAB 的限制时，必须直接在共享堆中分配内存。
    2. TLAB 分配失败： 当 TLAB 空间不足时，线程需要从共享堆中重新申请新的 TLAB 或直接分配对象。
    3. 高并发环境： 虽然 TLAB 减少了线程间的竞争，但在并发量非常高的场景下，仍然可能出现多个线程同时尝试在堆中分配内存的情况。
    4. 竞争不是特别激烈的场景： 自旋锁适用于竞争不是特别激烈的场景。如果竞争非常激烈，线程长时间自旋会消耗大量的 CPU 资源。

小结：

  • 优先使用 TLAB： JVM 会尽可能地使用 TLAB 来分配小对象，以提高分配速度和减少线程间的竞争。
  • TLAB 不足时使用 CAS + 自旋锁： 当 TLAB 空间不足或需要分配大对象时，JVM 会使用 CAS + 自旋锁 来在共享堆中分配内存。
  • 动态调整和优化： JVM 会根据具体的应用场景和硬件环境，动态调整 TLAB 的大小和自旋锁的策略，以达到最佳的性能和资源利用率。

更形象的比喻：

  • TLAB 就像每个线程的“私人储物柜”： 线程可以快速地将一些常用的物品（小对象）存放在自己的储物柜中，无需和其他线程竞争。
  • CAS + 自旋锁 就像“公共储物柜”： 如果物品太大或私人储物柜已满，线程需要到公共储物柜中寻找空间。如果公共储物柜正在被其他线程使用，则需要等待（自旋）直到可用。

类的加载机制

流程

加载 > 验证 > 准备 > 解析 > 初始化

执行时机早于,因为在装载到元数据区时就进行执行。

类加载器

  • Bootstrap ClassLoader

最底层的类加载器，用于加载java底层类的类加载器

  • Extention ClassLoader

扩展类的类加载器，用于加载lib/ext下的文件

  • App ClassLoader

应用加载器，用于加载classPath下的文件

  • Custom ClassLoader

自定义的类加载器

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