许大仙

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🔥更新：2025-08-17📝字数: 0 字⏰时长: 0 分钟

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JDK8u202 及之前版本
17.0.12 及之前版本		Java 开发工具包
IDEA最新开发工具
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第一章：什么是 JVM ？ ​

1.1 概述 ​

  • JVM，全称是 Java Virtual Machine，中文翻译是 Java 虚拟机。
  • JVM 本质上是一个运行在计算机上的程序，其职责就是将 Java 字节码文件正确地加载并运行。
  • 字节码文件中包含了一连串的指令，这些指令被称为字节码指令，这些指令是无法在计算机上运行的，因为计算机只能识别一种叫做机器码的内容（0 或 1 组成的），如：00110100...

提醒

  • ① JVM 负责将字节码转换为机器码，这个过程我们称之为解释，类似于现实生活中的翻译。
  • ② 翻译是将一门语言翻译为另一种语言，如：中 --> 英；而虚拟机是将字节码解释成机器码。

1.2 Java 源代码的执行流程 ​

  • Java 源代码的执行，分为以下三个步骤：
步骤例子
① 编写 Java 源代码文件vim HelloWorld.java
② 使用 javac 命令将 Java 源文件翻译为字节码文件javac HelloWorld.java --> HelloWorld.class
③ 使用 Java 命令执行字节码文件，本质上是使用 Java 虚拟机加载并运行 Java 字节码文件，此时会启动一个新的 Java 进程。java HelloWorld
  • 示例：
java
public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args){
        System.out.println("Hello World!!!");
    }
}

第二章：JVM 的功能（⭐） ​

2.1 概述 ​

  • JVM 的功能，如下所示：
JVM 的功能描述
解释和运行对字节码文件中的指令，实时翻译成机器码，以便计算机执行。
内存管理自动为对象、方法等分配内存。
自动的垃圾回收机制，回收不再使用的对象。
即时编译针对热点代码进行优化，以提升执行效率。

2.2 解释和运行 ​

  • 所谓的解释和运行，就是将字节码文件中的指令实时翻译为机器码，以便计算机中执行。

2.3 内存管理 ​

  • 所谓的内存管理，指的是如下的两个方面：
    • ① Java 虚拟机可以自动地为对象、方法等分配内存。
    • ② Java 虚拟机内置了垃圾回收机制，可以回收不再使用的对象。

提醒

  • ① 在 C/C++ 等语言中，对象的回收需要程序员手动编写代码去完成。
  • ② 在 Java 等语言中，对象的回收不需要程序员手动编写代码去完成，降低了开发的难度。
  • 手动内存管理 VS 自动内存管理：
类型优点缺点
手动内存管理1️⃣ 程序员完全控制内存分配和释放的时机。
2️⃣ 没有垃圾回收器的性能开销。
3️⃣ 更适合系统级编程和性能敏感的应用。
4️⃣ 内存使用效率高，可以精确控制内存布局。
5️⃣ 实时性好，没有垃圾回收暂停。
6️⃣ 可以管理各种资源，如：文件、网络连接等。
7️⃣ 运行时性能更高，响应时间一致性好。		1️⃣ 容易出现内存泄漏，即：忘记释放内存。
2️⃣ 可能发生悬空指针，即：使用已释放的内存。
3️⃣ 双重释放错误，即：释放同一块内存两次。
4️⃣ 需要更多的编程经验和仔细的设计。
5️⃣ 开发效率低，需要额外时间处理内存管理。
6️⃣ 调试困难，内存相关 bug 难以定位。
7️⃣ 学习成本高，需要深入理解内存管理机制。
8️⃣ 维护成本高，代码重构时容易引入错误。
自动内存管理1️⃣ 编程简单，无需手动管理内存，专注业务逻辑。
2️⃣ 自动避免内存泄漏、悬空指针等问题。
3️⃣ 开发效率高，减少内存管理代码，加快开发速度。
4️⃣ 代码简洁，易于阅读和维护。
5️⃣ 学习成本低，初学者更容易上手。
6️⃣ 类型安全，通常配合类型安全的语言特性。
7️⃣ 调试相对简单，减少内存相关错误。
8️⃣ 团队协作效率高，降低对程序员技能要求。		1️⃣ 性能开销，垃圾回收器消耗 CPU 和内存资源。
2️⃣ 暂停时间，垃圾回收时可能造成程序暂停。
3️⃣ 内存使用多，通常使用更多内存，存在内存开销。
4️⃣ 控制受限，无法精确控制内存分配和释放时机。
5️⃣ 不适合实时系统，垃圾回收的不确定性。
6️⃣ 调优复杂，垃圾回收器的调优需要专业知识。
7️⃣ 可能存在循环引用问题。
8️⃣ 启动时间可能较慢（JIT 编译等）。
  • 示例：
c
#include <stdio.h>

int main(){
    
    int *data = NULL;
    
    // 分配内存
    data = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
    if (data == NULL) {
        printf("内存分配失败！\n");
        return;
    }
    
    // 使用内存
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        data[i] = i * 2;
    }
    
    printf("数据: ");
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", data[i]);
    }
    printf("\n");
    
    // 最终释放内存
    free(data);
    data = NULL;
    
    printf("内存正确释放\n\n");
    
    return 0;
}
java
public class Test {
    public static void main(String[] args){
        int[] arr = new int[5];
        
        for(int i =0;i< arr.length;i++){
            System.out.println(arr[i]);
        }
    }
}

2.4 即时编译 ​

2.4.1 概述 ​

  • 即时编译就是针对热点代码进行优化，以提升执行效率。

提醒

即时编译并不仅仅存在于 Java 虚拟机中，Chrome 的 V8 引擎中也有即时编译的思想！！！

  • 即时编译这个功能非常强大，甚至可以说是提升 Java 程序性能最核心的手段。

2.4.2 Java 性能低的主要原因 ​

  • Java 语言如果不做任何优化，其性能是不如 C/C++ 语言的，其主要原因就在于：在程序运行的过程中，Java 虚拟机需要将字节码指令实时的翻译成计算机能识别的机器码，这个过程在运行的时候可能需要反复地执行，所以性能相对较低。
Java 语言
Java 语言
  • C/C++ 语言性能高的主要原因在于：只需要将源代码直接编译，生成的可执行文件直接包含了计算机能识别的机器码，即：不需要在运行过程中实时地解释，节省了解释的过程，所以性能相对较高。
C/C++ 语言
C/C++ 语言

2.4.3 Java 的跨平台特性 ​

  • Java 之所以需要实时解释，就是为了支持跨平台特性。

提醒

  • ① 将同一份字节码指令，交给 Linux 和 Windows 等不同的平台，这些平台上安装有对应平台的虚拟机，这些虚拟机分别将字节码指令解释为自己平台的机器码，然后就可以交给不同的平台去运行，这样就达到跨平台的特点。
  • ② Java 追求跨平台特性，性能相对 C/C++ 差点。
  • C/C++ 等语言，如果要想让程序在不同的平台上运行，就需要将一份源代码在不同平台上分别编译，相对比较麻烦。

提醒

  • ① 如果是纯 C 语言项目，可以使用预定义宏来实现跨平台；但是，远不如 Java 内置的简单和方便。
  • ② C/C++ 追求性能；但是，不具备开箱即用的跨平台特性。
c
#include <stdio.h>

#if _WIN32 // 如果是 Windows 平台, 就引入 <windows.h>
#include <windows.h>
#define SLEEP(t) Sleep(t * 1000)
#elif __linux__ // 如果是 Linux 平台， 就引入<unistd.h>
#include <unistd.h>
#define SLEEP sleep
#endif

int main() {

    // 禁用 stdout 缓冲区
    setbuf(stdout, nullptr);

    SLEEP(5);
    printf("hello, 大家好~");

    return 0;
}

2.4.2 即时编译 ​

  • 由于 JVM 需要实时解释字节码指令，不做任何优化，性能确实不如直接运行机器码的 C/C++ 等语言。
  • 在早期，Java 的性能问题一直被人诟病。JDK 的开发者在 JDK1.1 版本中推出了即时编译功能去优化对应的功能。

提醒

  • ① 虚拟机在运行过程中如果发现某一个方法甚至是循环是热点代码（在很短的时间内被多次调用），即时编译器会优化这段代码（主动将代码进行优化并解释成计算机能够执行的机器码），并将优化后的机器码保存到内存中。
  • ② 如果第二次再去执行这段代码，Java 虚拟机会将机器码从内存中取出来直接进行调用；这样节省了一次解释的步骤，同时执行的是优化后的代码，效率较高。
  • ③ Java 通过即时编译（Just In Time，简称 JIT）进行性能的优化，最终能达到接近 C/C++ 语言的性能，在某些特定的场景下甚至可以实现超越。

第三章：常见的 JVM（⭐） ​

3.1 概述 ​

  • 目前，市场上的 JVM 非常多，如果没有统一的标准（JVM 虚拟机规范），Java 的跨平台特性就无从谈起！！！
  • 《Java虚拟机规范》由 Oracle 制定，内容主要包含了Java虚拟机在设计和实现时需要遵守的规范，主 要包含 class 字节码文件的定义、类和接口的加载和初始化、指令集等内容。
  • 《Java虚拟机规范》是对虚拟机设计的要求，而不是对 Java 设计的要求，也就是说虚拟机可以运行在其他的语言，如：Groovy、Scala生成的 class 字节码文件之上。

3.2 Hotspot 虚拟机 ​

  • 目前，市场上的 JVM 很多，如下所示：
名称作者支持版本社区活跃度特性适用场景
HotSpot (Oracle JDK版)Oracle所有版本高(闭源)使用最广泛，稳定可靠，社区活跃
JIT 支持 Oracle JDK 默认虚拟机		默认
HotSpot (Open JDK版)Oracle所有版本中(16.1k)同上开源，Open JDK 默认虚拟机默认对 JDK 有二次开发需求
GraalVMOracle11、17、19高（18.7k）多语言支持高性能、JIT、AOT 支持微服务、云原生架构需要多语言混合编程
Dragonwell JDKAlibaba标准版： (8、11、17)
扩展版：(11、17)		低(3.9k)基于 OpenJDK 的增强高性能、bug 修复、安全性提升 JWarmup、ElasticHeap、Wisp 特性支持电商、物流、金融领域对性能要求比较高
Eclipse OpenJ9 (原 IBM J9)IBM8、11、17、19、20低(3.1k)高性能、可扩展 JIT、AOT 特性支持微服务、云原生架构
  • 但是，平时广泛使用的是 Hotspot 虚拟机：

3.3 Hotspot 发展史 ​

  • HotSpot 是 Java 生态系统最重要的虚拟机之一，其发展历程反映了Java 性能优化的演进过程。

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