JVM

JVM（Java Virtual Machine）是 Java 程序的运行环境。它把 .class 字节码加载到内存中，通过解释执行和即时编译执行代码，并负责线程、内存、垃圾回收、异常、安全校验等运行时能力。

阅读路径

JVM 内容按问题拆成几组：

• 运行时数据区：理解对象、栈帧、类元数据、直接内存分别放在哪里。
• GC：理解对象什么时候回收、不同垃圾回收器如何取舍。
• 类加载：理解 .class 如何被加载、验证、准备、解析和初始化。
• 执行引擎：理解解释执行、JIT 编译、热点代码优化。

如果目标是排查问题，阅读顺序通常是：

现象 -> 内存区域 -> JVM 参数 -> 观测命令 -> GC / 线程 / 类加载日志

JVM 负责什么

能力	说明	常见排查入口
类加载	把字节码变成 JVM 内部可用的类元数据	ClassNotFoundException、类冲突、热部署泄漏
运行时内存	管理堆、栈、方法区、程序计数器等区域	OOM、栈溢出、元空间增长
执行引擎	解释执行字节码，并对热点代码做 JIT 编译	预热慢、CPU 高、性能抖动
垃圾回收	自动识别无用对象并回收内存	GC 停顿、Full GC、吞吐下降
本地交互	通过 JNI、直接内存、系统调用访问 JVM 外能力	native 内存泄漏、直接内存 OOM

从源码到运行

Java 程序运行可以拆成几步：

.java -> javac -> .class -> 类加载 -> 运行时数据区 -> 执行引擎 -> 机器指令

编译

javac 把源码编译成字节码。字节码不是机器码，而是一套面向 JVM 的中间指令。

javac OrderService.java
javap -c OrderService

javap -c 可以查看字节码，有助于理解方法调用、局部变量、分支和异常表。

类加载

类加载大致包含：

阶段	作用
加载	找到 .class，读入字节码，生成 Class 元数据
验证	校验字节码安全性和格式合法性
准备	为静态变量分配默认值
解析	把符号引用解析为直接引用
初始化	执行静态变量赋值和静态代码块

类的唯一性由“类加载器 + 类全限定名”共同决定，这也是插件化、热部署、容器隔离中经常遇到类冲突的根源。

运行时数据区

运行时数据区决定数据放在哪里：

区域	线程关系	主要内容	常见异常
堆	线程共享	对象实例、数组	OutOfMemoryError: Java heap space
方法区 / 元空间	线程共享	类元数据、常量、方法信息	OutOfMemoryError: Metaspace
虚拟机栈	线程私有	栈帧、局部变量、操作数栈	StackOverflowError
本地方法栈	线程私有	Native 方法调用栈	StackOverflowError、native OOM
程序计数器	线程私有	当前线程执行位置	很少单独出问题
直接内存	堆外	NIO、Netty、mmap、JNI 数据	OutOfMemoryError: Direct buffer memory

内存问题不要只看 -Xmx。容器内存、线程数、直接内存、Metaspace、Code Cache 都可能把进程 RSS 撑高。

GC 关注什么

GC 的核心问题有三个：

1. 哪些对象还活着。
2. 回收哪些区域。
3. 用多少停顿、CPU 和内存换取回收效果。

常见取舍：

目标	常见选择
小应用、工具进程	Serial
批处理、吞吐优先	Parallel
通用服务端	G1
极低延迟、大堆	ZGC / Shenandoah
老系统维护	CMS / ParNew

GC 调优先看业务指标，再看 GC 日志。只盯某个参数，容易把问题从停顿转成 CPU 或内存浪费。

常用观测命令

# 查看 Java 进程
jps -l

# 查看 JVM 参数
jcmd <pid> VM.flags
jcmd <pid> VM.command_line

# 查看堆信息
jcmd <pid> GC.heap_info

# 查看类加载统计
jcmd <pid> VM.classloader_stats

# 查看线程栈
jstack <pid>

# 查看 GC 统计
jstat -gcutil <pid> 1000

JDK 9+ 推荐使用统一日志：

-Xlog:gc*:file=gc.log:time,uptime,level,tags

排查入口

现象	优先查看
Java heap space	堆大小、对象增长、heap dump
Metaspace	类加载器数量、动态代理、热部署
Direct buffer memory	MaxDirectMemorySize、Netty/NIO buffer、进程 RSS
StackOverflowError	递归、栈帧大小、-Xss
Full GC 频繁	老年代占用、晋升速度、内存泄漏
GC 停顿过长	GC 类型、堆大小、对象存活率、日志
CPU 高但 GC 不高	线程栈、JIT、锁竞争、业务循环

使用建议

• 先理解区域边界，再调参数。
• 先抓证据：日志、dump、线程栈、监控曲线。
• GC 参数不要靠模板复制，必须结合堆大小、对象生命周期和延迟目标。
• 容器环境要同时关注 JVM 内存和进程总内存。
• 老版本 JVM 的经验不一定适用于新版本，迁移时要重新压测。