JVM（Java虚拟机）详解
1. 基本概念与作用
JVM（Java Virtual Machine）是Java程序的运行环境，负责将编译后的字节码（.class文件）解释或编译为机器指令执行，并管理内存、线程、安全等核心功能。其核心目标是实现跨平台性，即“一次编译，到处运行”。通过屏蔽底层操作系统差异，JVM让Java程序只需生成字节码即可在不同平台上运行。
2. 核心组成
JVM的架构主要包括以下部分：
类加载子系统（Class Loader）
负责加载字节码文件到内存，分为三类：
启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：加载核心Java类库（如rt.jar）。
扩展类加载器（Extension ClassLoader）：加载jre/lib/ext目录的扩展库。
应用类加载器（Application ClassLoader）：加载用户类路径（Classpath）的类。
运行时数据区（Runtime Data Areas）
堆（Heap）：存储所有对象实例和数组，是垃圾回收的主要区域。
方法区（Method Area）：存储类结构信息（如静态变量、常量池），Java 8后由元空间（Metaspace）替代永久代。
虚拟机栈（Stack）：每个线程私有，存储局部变量和方法调用的栈帧。
程序计数器（PC Register）：记录当前线程执行的指令地址。
本地方法栈（Native Method Stack）：支持本地方法（如C/C++代码）调用。
执行引擎（Execution Engine）
解释器：逐行解释字节码，启动快但效率低。
即时编译器（JIT）：将热点代码编译为本地机器码，提升性能。
垃圾回收器（GC）：自动管理堆内存，回收无用对象。
本地接口（Native Interface）
通过JNI（Java Native Interface）调用系统级库或硬件相关功能。
3. 工作流程
类加载：加载.class文件到方法区，生成Class对象。
字节码执行：
解释执行：逐条解释指令。
JIT编译：优化高频代码为本地指令。
内存管理：堆内存通过垃圾回收算法（如标记-清除、分代收集）自动回收。
程序终止：正常结束、异常终止或调用System.exit()时卸载资源。
4. 内存管理与垃圾回收
垃圾回收算法：
标记-清除：标记存活对象后清理未标记对象，可能产生内存碎片。
复制算法：将存活对象复制到新内存区，适用于新生代（Eden/Survivor区）。
分代收集：根据对象生命周期划分新生代和老年代，分别采用不同算法。
GC类型：如串行GC（单线程）、并行GC（多线程）、G1 GC（低延迟分代收集）。
5. 跨平台实现机制
字节码与JVM适配：Java编译器生成与平台无关的字节码，各平台安装对应JVM版本即可运行。
标准接口：JVM规范统一了指令集和运行时行为，确保不同实现间的兼容性。
6. 性能优化建议
参数调优：
设置堆大小（-Xms初始堆，-Xmx最大堆）。
调整新生代与老年代比例（如-XX:NewRatio=2）。
GC策略选择：根据应用场景选择GC类型（如G1适用于大内存低延迟）。
JIT优化：通过逃逸分析、栈上分配减少内存开销。
监控工具：使用jvisualvm、jstat分析内存泄漏和GC效率。