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JVM

JVM,JRE,JDK的关系

jvm就是java程序的运行环境,负责将java字节码.class文件解释或者编译成机器码,并在不同平台上执行

jre包含jvm和java核心库的运行环境,提供了java运行程序所需的所有内容

jdk适用于java开发的完整开发环境,包含jre,编译器javac,调试工具等

JVM（Java Virtual Machine）、JRE（Java Runtime Environment）和JDK（Java Development Kit）是Java开发和运行环境中的三个重要概念。它们之间的关系和区别如下：

1. JVM（Java虚拟机）

作用：JVM是Java程序的运行环境。它的主要职责是将Java字节码（.class文件）解释或编译成机器码，并在不同的平台上执行。JVM负责Java程序的跨平台特性（”一次编写，到处运行”）。
独立性：JVM是与操作系统无关的，Java程序通过JVM可以在任何安装了JVM的设备上运行。

2. JRE（Java运行环境）

组成：JRE是包含JVM和Java核心库（如Java API类库）的运行环境。它提供了Java应用程序运行所需的所有内容。
用途：JRE用于执行已经编译好的Java程序（.class文件）。它不包含编译Java源代码（.java文件）所需的工具。

3. JDK（Java开发工具包）

组成：JDK是用于Java开发的完整开发环境。它包含JRE（即JVM和Java核心库）、编译器（javac）、调试工具、以及其他开发工具。
用途：JDK是Java开发者编写、编译、调试和运行Java程序所需的工具集合。开发人员用JDK将Java源代码编译为字节码，然后用JRE来执行这些字节码。

三者之间的关系

JDK包含JRE，JRE包含JVM：JDK是开发工具包，其中包含了运行Java程序所需的JRE，而JRE中又包含了真正执行字节码的JVM。
开发与运行：JDK主要用于开发阶段，提供了编译、调试等工具，而JRE主要用于运行阶段，提供了运行Java应用程序的环境。

简而言之，JVM是Java程序的运行时核心，JRE是运行环境，而JDK是开发工具包。JDK包含了JRE，而JRE包含了JVM。

追问: java是编译型语言还是解释型语言?

JIT（Just-In-Time Compilation）

作用：JIT是JVM中的一种即时编译技术。在程序运行时，JIT会将热点字节码（多次执行的代码）编译为机器码，以提高执行效率。
特点：JIT编译是动态的，只有在程序运行过程中需要时才会发生。这种编译方式结合了解释执行和编译执行的优势，提供了更好的性能。

AOT（Ahead-Of-Time Compilation）

作用：AOT是指在程序运行之前将字节码提前编译为机器码。这种编译方式可以减少程序的启动时间，因为在运行时不需要再进行编译。
区别于JIT：与JIT不同，AOT编译是在程序部署或安装时完成的，不依赖于程序的运行时环境。AOT通常用于需要更快启动时间或在资源受限环境中运行的应用程序。

Java 既是编译型语言，也是解释型语言。这是因为 Java 的执行过程包含了两者的特点：

1. 编译型语言的部分

编译阶段：Java 源代码（.java 文件）首先通过 Java 编译器（javac）编译成字节码（.class 文件）。这个编译过程将人类可读的源代码转换为平台无关的字节码。

2. 解释型语言的部分

解释执行阶段：生成的字节码不是直接在物理机上运行，而是由 Java 虚拟机（JVM）解释执行。JVM 会将字节码逐行解释成机器码，并在目标机器上执行。

3. JIT 编译的作用

即时编译（JIT）：为了提高性能，JVM 还引入了即时编译（Just-In-Time Compilation, JIT）。JIT 编译器在运行时将热点代码（多次执行的代码）从字节码编译为机器码，从而减少解释执行的开销，使得 Java 程序在运行时能够达到接近原生编译语言的性能。

总结

Java 的执行过程结合了编译和解释两种方式：先编译再解释，并且在运行时使用 JIT 编译器将部分字节码编译成机器码。因此，Java 既具有编译型语言的特性，也具有解释型语言的特性。

JVM内存区域

1. 方法区（Method Area）

概述：方法区是所有线程共享的一块内存区域，用于存储类信息、常量池、静态变量、即时编译器（JIT）编译后的代码等。方法区有时也被称为永久代（在Java 8之前），而在Java 8及之后被称为元空间（Metaspace）。
用途：主要存储类的结构信息（如字段、方法的数据）、静态变量、常量、以及方法的字节码。

2. 堆区（Heap）

概述：堆区也是所有线程共享的内存区域，是Java应用程序中最大的一块内存区域，用于存储所有的对象实例和数组。
用途：几乎所有对象实例都在堆区中分配。堆区在Java应用中非常重要，GC（垃圾回收器）主要在此区域中进行对象的回收。

3. 栈区（Stack）

概述：栈区是线程私有的内存区域，每个线程都有一个独立的栈。栈区中保存着方法的局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。
用途：每当一个方法被调用时，JVM都会在栈中为该方法分配一块栈帧（Stack Frame），用于存储局部变量和中间计算的结果。方法调用结束后，栈帧就会被弹出并销毁。

4. 程序计数器（Program Counter Register）

概述：程序计数器是每个线程私有的一块较小的内存区域，用于记录当前线程所执行的字节码的行号指示器。
用途：在多线程环境下，程序计数器帮助线程恢复到正确的执行位置，从而实现线程间的切换。

5. 本地方法栈（Native Method Stack）

概述：本地方法栈也是线程私有的内存区域，与Java栈类似，但它为本地方法（Native Method）服务。本地方法是用其他语言（如C或C++）编写的方法，通过JNI（Java Native Interface）调用。
用途：当Java程序调用本地方法时，本地方法栈会记录这些方法的调用状态和执行过程。

JVM运行时内存

垃圾回收的算法

1. 标记-清除算法（Mark-and-Sweep）

原理：分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。首先，从根对象开始标记所有可达的对象；然后，遍历堆中所有对象，回收那些没有被标记的对象。
优点：简单易实现，不会出现碎片问题。
缺点：可能导致内存碎片问题（特别是在堆中有大量不连续的空闲区域），回收过程中可能会造成停顿时间较长。

2. 标记-整理算法（Mark-and-Compact）

原理：在标记阶段和标记-清除算法相同，但是在清除阶段，它会整理堆中的对象，将所有存活对象移动到堆的一端，然后释放另一端的内存。
优点：避免了内存碎片问题，提高了内存的利用率。
缺点：对象移动可能会导致额外的开销，尤其是在对象比较大时。

3. 复制算法（Copying）

原理：将堆分成两部分。每次回收时，将存活对象从当前区域复制到另一块区域，然后清理当前区域。由于每次只使用一半的堆，因此避免了碎片问题。
优点：内存碎片问题较少，算法实现相对简单。
缺点：内存开销较大，因为需要两倍于实际堆大小的内存空间。

4. 分代收集算法（Generational Collection）

原理：将堆分为年轻代和老年代。年轻代中包含 Eden 区和两个 Survivor 区。年轻代中的对象通常较短寿命，而老年代则用于存放长寿命的对象。年轻代采用复制算法，而老年代通常使用标记-整理算法。
优点：针对不同生命周期的对象使用不同的回收策略，提高了效率，减少了GC停顿时间。
缺点：实现复杂度较高，需要在年轻代和老年代之间进行优化和调度。

5. 增量式回收（Incremental Collection）

原理：将垃圾回收的过程分成多个小的步骤，而不是一次性完成所有的回收工作。这样可以减少GC的停顿时间。
优点：适合需要低停顿时间的应用，尤其是在响应时间要求高的环境中。
缺点：可能导致回收的效率降低，因为每次只回收一小部分。

6. 并发回收（Concurrent Collection）

原理：与增量式回收类似，但并发回收是在应用程序运行的同时进行垃圾回收，尽量减少对应用程序执行的影响。
优点：降低了GC的停顿时间，提高了应用程序的响应性。
缺点：实现复杂，可能会带来更多的资源消耗和竞争。

7. 增量式并发回收（Incremental Concurrent Collection）

原理：结合了增量式和并发回收的优点，在多线程环境中并发地进行小步骤的回收。
优点：进一步减少了GC的停顿时间，适合对延迟敏感的应用。
缺点：实现复杂，可能会带来更多的资源消耗。

总结

标记-清除算法：简单，但可能导致内存碎片。
标记-整理算法：解决内存碎片问题，但可能带来对象移动的开销。
复制算法：避免碎片问题，但需要额外的内存空间。
分代收集算法：高效的分代策略，适用于大多数应用。
增量式回收：减少GC停顿时间，适合高响应性应用。
并发回收：在应用程序运行的同时进行回收，降低停顿时间。
增量式并发回收：结合了增量和并发的优点，进一步减少了GC停顿时间。

gc垃圾回收器有哪些

1. 串行垃圾回收器（Serial GC）

特性：适用于单线程环境，所有的垃圾回收操作都是在单个线程中完成的。它适合内存小、处理器资源有限的应用程序。
优点：实现简单，较低的内存开销，适用于客户端应用。
缺点：在大规模应用中可能导致长时间的停顿，因为回收过程中应用会被暂停。
使用：通过 -XX:+UseSerialGC 启用。

2. 并行垃圾回收器（Parallel GC，也称为吞吐量优先GC）

特性：利用多个线程进行垃圾回收，提高了回收效率，减少了停顿时间。它适合于多核处理器的服务器环境，追求较高的吞吐量。
优点：适用于多线程和大内存环境，能够利用多核处理器的优势。
缺点：可能在回收过程中导致较长的停顿。
使用：通过 -XX:+UseParallelGC 启用。

3. 并行压缩垃圾回收器（Parallel Old GC，也称为并行老年代GC）

特性：是 Parallel GC 的扩展，用于回收老年代的垃圾。它同样利用多个线程，提高了老年代的回收效率。
优点：可以提高老年代垃圾回收的效率，适用于高吞吐量应用。
缺点：在回收老年代时可能会有较长的停顿时间。
使用：通过 -XX:+UseParallelOldGC 启用。

4. 并发标记清除垃圾回收器（Concurrent Mark-Sweep GC，CMS）

特性：旨在减少停顿时间，采用并发的方式进行垃圾回收。它分为多个阶段：初始标记、并发标记、重新标记和最终清理。
优点：适用于需要较低停顿时间的应用，能够在应用程序运行时进行大部分的垃圾回收工作。
缺点：在并发回收阶段可能会出现内存碎片，并且在最终清理阶段可能仍会有短暂的停顿。
使用：通过 -XX:+UseConcMarkSweepGC 启用。

5. G1垃圾回收器（Garbage-First GC）

特性：旨在提高垃圾回收的预测性，减少停顿时间。G1 GC 将堆划分为多个区域（Region），并根据区域的垃圾回收情况进行选择性回收。
优点：可以提供可预测的停顿时间，适合大堆内存和需要低延迟的应用。
缺点：相对于其他垃圾回收器，G1 的实现和调优较为复杂。
使用：通过 -XX:+UseG1GC 启用。

6. ZGC（Z Garbage Collector）

特性：是一个低延迟的垃圾回收器，旨在减少 GC 停顿时间到毫秒级别。ZGC 使用了多种新技术，如并发标记、并发重定位和压缩技术。
优点：提供了极低的 GC 停顿时间，非常适合高性能和低延迟的应用。
缺点：对硬件要求较高，内存使用开销较大。
使用：通过 -XX:+UseZGC 启用。

7. Shenandoah GC

特性：也是一个低延迟的垃圾回收器，旨在减少停顿时间，并支持大堆内存的高效回收。Shenandoah GC 通过并发方式进行大部分的垃圾回收工作。
优点：提供了短暂停顿时间，适合需要高响应性的应用。
缺点：实现和调优复杂，内存开销较大。
使用：通过 -XX:+UseShenandoahGC 启用。

总结

串行GC：简单，适用于单线程和小内存环境。
并行GC：适用于多核环境，优化吞吐量。
并行老年代GC：扩展了并行GC，优化老年代回收。
CMS：减少停顿时间，适用于低延迟应用。
G1：提供可预测的停顿时间，适用于大堆内存应用。
ZGC：极低的停顿时间，适合高性能应用。
ShenandoahGC：低延迟，适合对响应时间要求高的应用。

不同的垃圾回收器有不同的优缺点，选择合适的垃圾回收器可以帮助优化应用程序的性能和响应时间。

JVM类加载

通过类加载器实现

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