EkkoSonya's Blog

JVM

学习 JVM 可以帮助我们开发者更好地优化程序性能、避免内存问题

• 了解 JVM 的内存模型和垃圾回收机制，可以帮助我们更合理地配置内存、减少 GC 停顿
• 掌握 JVM 的类加载机制可以帮助我们排查类加载冲突或异常
• JVM 还提供了很多调试和监控工具，可以帮助我们分析内存和线程的使用情况，从而解决内存溢出内存泄露等问题

所以主要内容：内存模型、垃圾回收机制、类加载机制、JVM 调试/监控 工具

什么是 JVM

JVM 启动后，大致可以分为三个功能区：类加载器、运行时数据区以及执行引擎

内存管理

内存区其实是功能区中"运行时数据区"的具体细分

JVM（功能区视角）
│
├── 类加载器
│
├── 运行时数据区  ←──── 这部分就是"内存区"
│   ├── 程序计数器
│   ├── 虚拟机栈
│   ├── 本地方法栈
│   ├── 堆
│   └── 方法区
│
└── 执行引擎
    ├── JIT 编译器
    └── 垃圾回收器

JVM3

当 Java 应用需要与操作系统底层或硬件交互时，通常会用到本地方法栈。

native 方法

native 方法是在 Java 中通过 native 关键字声明的，用于调用非 Java 语言，如 C/C++ 编写的代码。Java 可以通过 JNI，也就是 Java Native Interface 与底层系统、硬件设备、或者本地库进行交互

Java 的 native 方法本身没有 Java 代码实现，而是交给本地代码实现

public native void test();

虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器 | 堆、方法区

不同 JDK 下内存区域变化

主要是方法区实现的不同

方法区是 JVM 规范里的概念, JVM 需要有这么一块区域来存类相关信息

HotSpot 实现层面：曾经用永久代、后来用元空间来实现

JDK 1.6 使用永久代来实现方法区：

JDK 1.7 时仍然是永久带，但发生了一些细微变化，比如将字符串常量池、静态变量存放到了堆上。

OS

Java 线程状态

Java 没有 Ready 状态，线程状态有 6 种：

NEW              新建
RUNNABLE         可运行（包含 Ready + Running）
BLOCKED          阻塞（等待锁）
WAITING          等待（wait/join/park 等）
TIMED_WAITING    限时等待
TERMINATED       终止

OS

中断切换

以线程 A 发起读取磁盘文件为例

第一阶段：发起 I/O 时的“软中断”与主动切换（线程 A 交出 CPU）

当线程 A 执行到读取文件的代码时，它其实是没有权限直接控制底层硬件的，必须向操作系统老大哥（内核）求助。

• 系统调用（软中断/Trap）： 线程 A 调用 read() 函数，这会触发一个软中断（在 x86 架构下通常是 int 0x80 指令或 syscall 指令）。CPU 收到这个信号后，会从“用户态”切换到“内核态”，开始执行操作系统的代码。
• 下达指令与阻塞： 操作系统内核接收到请求，把读取任务交给 DMA 和磁盘控制器。因为此时数据还没准备好，操作系统会将线程 A 的状态标记为 BLOCKED（阻塞状态），并把它移出 CPU 的运行队列。
• 第一次上下文切换（Context Switch）： 既然线程 A 被挂起了，CPU 不能闲着。操作系统的调度器（Scheduler）会立刻介入，从就绪队列里挑出一个线程 B，把 CPU 的控制权交给它。
  • 此时，DMA 在默默搬运硬盘数据，而 CPU 正在全速运行线程 B 的代码。两者互不干扰。

Java 基础

我在主线程创建了一个锁对象，然后对应的子线程为什么可以得到这个锁

在主线程中通过 new 关键字（例如 new Object() 或 new ReentrantLock()）创建一个锁对象时，这个对象是被分配在 JVM 的**堆（Heap）**内存中的

在 Java 内存模型中，每个线程有自己私有的虚拟机栈（用于存储局部变量表、方法出口等），但堆内存是所有线程共享的。只要子线程能够拿到这个对象的内存地址（引用），它就可以访问这个对象。

传递的是对象引用

当主线程启动子线程时，通常会将这个锁对象的引用（相当于这把锁在堆内存中的真实地址）通过某种方式传递给子线程：

并发工具类

HashTable

• Hashtable的底层数据结构主要是数组加上链表，数组是主体，链表是解决hash冲突存在的。

• HashTable是线程安全的，实现方式是Hashtable的所有公共方法均采用synchronized关键字，当一个线程访问同步方法，另一个线程也访问的时候，就会陷入阻塞或者轮询的状态。

原理

本质就是构建了一个存储了 Entry<?,?> 对象的数组，数据就存放在具体的 Entry 对象里，对应的索引根据 hash 来算

并发工具类

线程池

阻塞队列

常用的有五种

• 有界队列 ArrayBlockingQueue；
• 无界队列 LinkedBlockingQueue；
• 优先级队列 PriorityBlockingQueue；
• 延迟队列 DelayQueue；
• 同步队列 SynchronousQueue

阻塞队列接口 BlockingQueue<E>