1. JVM 概述
Java 虚拟机（JVM）是 Java 程序的运行环境，负责将 Java 字节码转换为机器码并执行。JVM 是 Java 跨平台特性的核心，它使得 Java 程序可以在不同的操作系统上运行，而无需修改代码。
2. JVM 架构
JVM 主要由以下几个部分组成：
- - 类加载器（Class Loader）：负责加载类文件到内存中。
- - 运行时数据区（Runtime Data Areas）：包括方法区、堆、栈、程序计数器、本地方法栈等。
- - 执行引擎（Execution Engine）：负责执行字节码。
- - 本地方法接口（Native Method Interface）：提供调用本地方法的能力。
- - 本地方法库（Native Libraries）：包含本地方法的实现。
3. 类加载器
类加载器负责将 `.class` 文件加载到 JVM 中。JVM 中有三种类加载器：
3.1 类加载过程
类加载的过程分为以下三个阶段：
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加载（Loading）：
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通过类的全限定名获取类的二进制字节流。
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将字节流转化为方法区的运行时数据结构。
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在堆中生成一个
java.lang.Class对象，作为方法区数据的访问入口。
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链接（Linking）：
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验证（Verification）：确保字节码符合 JVM 规范，防止恶意代码破坏 JVM。
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准备（Preparation）：为类的静态变量分配内存并设置默认初始值（如
0、null等）。 -
解析（Resolution）：将常量池中的符号引用替换为直接引用。
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初始化（Initialization）：
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执行类的静态代码块（
static {}）和静态变量的赋值操作。 -
初始化是类加载的最后一步，只有在类被主动使用时才会触发。
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3.2 双亲委派模型
双亲委派模型是 JVM 类加载的核心机制，其工作流程如下：
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当一个类加载器收到加载请求时，首先会委派给其父类加载器。
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如果父类加载器无法加载，子类加载器才会尝试加载。
优点：
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避免类的重复加载。
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防止核心类库被篡改（如自定义的
java.lang.String类）。
4. JVM 内存模型
4.1 运行时数据区
JVM 的运行时数据区包括以下几个部分：
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方法区（Method Area）：
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存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等。
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JDK 8 之前称为永久代（PermGen），JDK 8 及之后改为元空间（Metaspace），使用本地内存。
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堆（Heap）：
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存储对象实例和数组。
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分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。
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新生代进一步分为 Eden 区、Survivor 区（From 和 To）。
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栈（Stack）：
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每个线程有一个私有的栈，存储局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口等。
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栈帧（Stack Frame）是栈的基本单位，每个方法调用对应一个栈帧。
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程序计数器（Program Counter Register）：
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记录当前线程执行的字节码指令地址。
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线程私有，不会发生内存溢出。
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本地方法栈（Native Method Stack）：
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为本地方法（Native Method）服务。
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4.2 内存溢出与内存泄漏
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内存溢出（OutOfMemoryError）：
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堆内存溢出：对象过多，无法分配内存。
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方法区溢出：加载的类过多或常量池过大。
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栈溢出：递归调用过深或栈帧过大。
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内存泄漏（Memory Leak）：
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对象不再使用，但仍被引用，导致无法被垃圾回收。
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常见原因：静态集合类、未关闭的资源（如数据库连接、文件流）、监听器未移除等。
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5. 垃圾回收机制深入
5.1 垃圾回收算法
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标记-清除（Mark-Sweep）：
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标记所有活动对象，清除未标记的对象。
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缺点：产生内存碎片。
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复制（Copying）：
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将内存分为两块，每次只使用一块，存活的对象复制到另一块。
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缺点：内存利用率低。
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标记-整理（Mark-Compact）：
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标记所有活动对象，整理到内存的一端，清除剩余内存。
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优点：避免内存碎片。
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分代收集（Generational Collection）：
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新生代使用复制算法，老年代使用标记-清除或标记-整理算法。
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5.2 垃圾回收器
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Serial GC：
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单线程垃圾回收器，适用于小型应用。
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Parallel GC：
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多线程垃圾回收器，注重吞吐量。
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CMS（Concurrent Mark-Sweep）：
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并发标记清除，减少停顿时间，但会产生内存碎片。
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G1（Garbage-First）：
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将堆内存划分为多个区域，优先回收垃圾最多的区域。
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适用于大内存、低延迟的应用。
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ZGC 和 Shenandoah：
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低延迟垃圾回收器，停顿时间不超过 10ms。
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6. 执行引擎
执行引擎负责执行字节码指令。JVM 的执行引擎主要有两种实现方式：
- - 解释执行：逐条解释字节码并执行。
- - 即时编译（Just-In-Time Compilation, JIT）：将字节码编译为本地机器码，然后执行。JIT 可以提高程序的执行效率。
8. 常见问题与解决方案
- - OutOfMemoryError：通常是由于堆内存不足导致的，可以通过增加堆内存大小或优化代码来解决。
- - StackOverflowError：通常是由于递归调用过深或栈帧过大导致的，可以通过优化递归算法或增加栈大小来解决。
- - 类加载冲突：通常是由于类路径中存在多个版本的类文件导致的，可以通过清理类路径或使用自定义类加载器来解决。
