Hi，JVM的通关指南系列文章可以让大家从0-1认识JVM，从字节码的隐秘舞步，到垃圾回收的时空艺术，从类加载的双亲委派玄机，到JIT编译器的性能黑科技，我们一起穿透JVM的迷雾。
本文章将对JVM的内容做一个概述，后续会分别详细分析各知识模块（运行时数据区、内存结构、垃圾回收机制、垃圾收集器、参数配置、JVM可视化工具等）。

JVM

JVM：Java Virtual Machine，是Java程序的核心运行环境，主要工作是解释字节码并映射到本地的CPU指令集和OS系统调用，JVM屏蔽了与操作系统平台的相关信息，使Java程序无需进行修改就可以在多种不同平台上运行，即”一次编译，到处运行“。

JDK、JRE 和 JVM的区别

JVM：执行编译后的 Java 字节码（.class 文件），实现跨平台特性，一次编写，到处运行。

JRE：为运行 Java 程序提供必要环境（包含 JVM + 基础类库）

JDK：提供完整的 Java 开发环境（包含 JRE + 开发工具）

包含关系：JDK ⊃ JRE ⊃ JVM

三者的类比说明

JVM 像汽车的发动机（负责执行）

JRE 是发动机 + 油箱、轮胎等（确保能开动）

JDK 是整个汽车工厂（能造车 + 开车）

JVM的架构

JVM主要由以下子系统组成：

类加载器子系统(Class Loader Subsystem)

  1. 加载：查找并加载.class文件
  2. 链接：验证、准备和解析(可选)
  3. 初始化：执行类构造器<clinit>()方法

运行时数据区(Runtime Data Areas)

  1. 方法区(Method Area)：存储类结构、常量、静态变量等
  2. 堆(Heap)：对象实例和数组的存储区域
  3. Java栈(Java Stacks)：线程私有，存储栈帧
  4. 程序计数器(PC Registers)：线程私有，指示当前执行位置
  5. 本地方法栈(Native Method Stacks)：用于本地方法调用

执行引擎(Execution Engine)

  1. 解释器：解释执行字节码
  2. JIT编译器：将热点代码编译为本地机器码
  3. 垃圾回收器：自动内存管理

本地方法接口(JNI)

提供与本地库(C/C++)交互的能力

JVM的工作流程

  1. Java源代码(.java)通过javac编译为字节码(.class)
  2. 类加载器加载字节码到JVM
  3. 字节码被解释执行或通过JIT编译为本地代码执行
  4. 执行过程中使用运行时数据区存储数据
  5. 垃圾回收器自动回收不再使用的对象

内存模型与垃圾回收

堆内存结构

  1. **新生代(Young Generation)：**Eden区、Survivor区(S0和S1)
  2. 老年代(Old Generation)
  3. 永久代/元空间(PermGen/Metaspace) (Java 8后用元空间替代永久代)

垃圾回收算法

  1. 标记-清除(Mark-Sweep)
  2. 标记-整理(Mark-Compact)
  3. 复制算法(Copying)
  4. 分代收集(Generational Collection)

常见垃圾回收器

  1. Serial GC
  2. Parallel GC
  3. CMS (Concurrent Mark-Sweep)
  4. G1 (Garbage-First)
  5. ZGC (Z Garbage Collector)
  6. Shenandoah

JVM优化与调优

常见调优参数

  1. -Xms：初始堆大小-Xmx：最大堆大小
  2. -Xmn：新生代大小
  3. -XX:NewRatio：新生代与老年代比例
  4. -XX:SurvivorRatio：Eden与Survivor区比例
  5. -XX:MaxMetaspaceSize：元空间最大值

性能监控工具

  1. jps：JVM进程状态工具
  2. jstat：JVM统计监控工具
  3. jmap：内存映射工具
  4. jstack：堆栈跟踪工具
  5. VisualVM：图形化监控工具
  6. JConsole：Java监控与管理控制台

JVM版本差异

  1. Java 7：引入G1垃圾回收器(实验性)
  2. Java 8：永久代被元空间取代
  3. Java 9：默认G1回收器，引入模块系统
  4. Java 11：引入ZGC(实验性)
  5. Java 15：ZGC和Shenandoah成为正式功能

JVM是Java生态系统的基石，理解其工作原理对于编写高效、稳定的Java应用程序至关重要。