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在Java里什么是JVM_Java虚拟机运行原理解析

P粉602998670

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发布时间:2026-01-24 09:39:42

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来源于php中文网

原创

JVM是用C/C++编写的本地进程,非虚拟机;启动时加载字节码、划分真实内存区域,通过系统调用申请资源;执行分三步:ClassLoader加载、解释器初执行、JIT编译热点代码为机器码。

在java里什么是jvm_java虚拟机运行原理解析

JVM 是 Java 程序真正“跑起来”的那个进程,不是抽象概念,也不是后台服务——你执行 java HelloWorld 的瞬间,操作系统就启动了一个 JVM 进程,它加载字节码、分配内存、调用系统资源,最后把你的逻辑变成 CPU 能执行的指令。


什么是 JVM?它不是“虚拟电脑”,而是一个 C/C++ 写的本地程序

很多人误以为 JVM 是像 VirtualBox 那样的完整硬件模拟器,其实不是。JVM 是一个用 C/C++ 编写的可执行程序(Windows 上是 java.exe,Linux/macOS 是 java 可执行文件,背后依赖 libjvm.solibjvm.dylib)。它被 JDK 安装到磁盘,运行时才加载进内存,成为一个独立进程。

  • JVM 启动后,会在内存中划分出堆、、元空间等区域——这些不是“虚拟地址”,而是真实由操作系统分配的内存段
  • 它不直接操作硬件,而是通过 OS 的系统调用(如 mmappthread_create)申请资源
  • 不同平台的 JVM 二进制不同(比如 Windows 的 java.exe 和 Linux 的 java 不能互换),但它们都遵守同一套字节码规范,这才实现“一次编译,到处运行”

Java 代码怎么变成 CPU 指令?关键在三步:加载 → 解释/编译 → 执行

HelloWorld.java 到屏幕输出,中间没有魔法,只有明确的流水线:

  • javac HelloWorld.java → 生成 HelloWorld.class(标准字节码,平台无关)
  • JVM 的 ClassLoader 把 class 文件读入内存,放进 方法区(Metaspace)
  • Execution Engine 开始干活:
    • 先用 解释器 逐行翻译字节码为机器指令(启动快,但慢)
    • 对反复执行的代码(如循环体、热点方法),JIT 编译器(如 HotSpot 的 C1/C2) 会将其编译成本地机器码,缓存复用

也就是说,同一个 for (int i = 0; i ,第一次运行可能被解释执行,第 10 次可能已变成 CPU 直接跑的汇编指令。

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为什么改了 JVM 参数程序就行为不同?因为你在动它的“身体结构”

JVM 启动参数不是配置开关,而是直接干预内存布局和执行策略。几个最常踩坑的点:

  • -Xms512m -Xmx2g:强制堆初始和最大为 512MB / 2GB —— 如果只设 -Xmx 不设 -Xms,堆会动态扩容,触发多次 GC;设成一样可避免扩容抖动
  • -XX:MetaspaceSize=256m:元空间(存类定义)初始阈值,超了会触发 Full GC;JDK 8+ 没有 PermGen,别再配 -XX:PermSize
  • -XX:+UseG1GC:显式启用 G1 垃圾回收器 —— 不同 GC 算法对停顿时间、吞吐量影响巨大,Web 服务通常选 G1,低延迟场景考虑 ZGC(需 JDK 11+)
  • -XX:+PrintGCDetails -Xlog:gc*(JDK 9+):不加日志,等于“盲开飞机”;GC 行为必须可观测

常见错误背后,几乎都是 JVM 内存模型理解偏差

很多 OutOfMemoryError 并不是“内存不够”,而是用错了区域:

  • java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space → 对象太多,堆撑爆了(检查是否有集合类长期持有引用、缓存未清理)
  • java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace → 加载了太多动态类(如 Spring Boot + 热部署、大量反射生成代理类)
  • java.lang.StackOverflowError → 单个线程栈帧太多(常见于无限递归、过深的 AOP 嵌套);可通过 -Xss256k 调整单线程栈大小(默认一般 1MB)
  • 没报错但卡顿?可能是 GC 频繁或 JIT 编译阻塞 —— 此时 jstat -gc jstack 比看日志更管用

JVM 不是黑盒,它每个行为都有对应的数据结构和系统调用路径。真正卡住问题的,往往不是语法或框架,而是忘了它本质是个进程——有 PID、占内存、发系统调用、受 OS 调度。调试时先问自己:这个现象,发生在哪个内存区?哪个线程?有没有触发 GC 或 JIT?答案通常就在那里。

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