Java 基础 · 第10节 · JVM 入门：Java 程序住在哪里

JVM 入门：Java 程序住在哪里

JVM Memory · Garbage Collection · Class Loading

面试必问、线上排障必备。你不用手写 JVM，但要知道对象住哪、垃圾谁收、类怎么加载这三件事。理解了它们，遇到"内存溢出 OutOfMemoryError"才不会两眼一抹黑。

运行时内存区域：对象都住哪个房间

区域	存什么	大白话 & 常见错误
堆 Heap	new 出来的对象	所有线程共享。`OutOfMemoryError: Java heap space` 就是这儿爆了——对象太多没回收掉。
栈 Stack	方法内局部变量、调用栈	每个线程一个。方法调用太深（无限递归）会 `StackOverflowError`。
方法区 / 元空间 Metaspace	类信息、常量池	JDK 8 后用本地内存，`OutOfMemoryError: Metaspace` 常见于动态生成类太多。
程序计数器	当前执行到哪行字节码	最小的一块，几乎不会出问题。

垃圾回收 GC：Java 的"清洁工"

C++ 里你 new 了对象必须自己 delete，忘了就内存泄漏。Java 不用——GC（Garbage Collector）自动把"没人引用的对象"回收掉。你只管 new，JVM 负责扫垃圾。

G1 → JDK 9 起的默认收集器

面向大堆、可预测停顿时间，服务器首选。

人话：把堆分成一块一块，每次只收一小片，停顿短，现代应用基本都用它。

ZGC / Shenandoah → 超低延迟收集器

GC 停顿控制在亚毫秒级，适合大堆、低延迟交易。

什么时候上：你的服务对延迟敏感（比如高频交易、实时推荐），普通 G1 的 GC 停顿影响业务时再考虑。

常用 JVM 启动参数（入门够用版）

# 指定堆初始大小和最大值（生产环境强烈建议设成一样，避免来回伸缩）
java -Xms512m -Xmx512m -jar myapp.jar

# 打印 GC 日志，排查"偶发卡顿"时用
java -Xlog:gc* -jar myapp.jar

# 选 GC（JDK 21 默认就是 G1，显式写出来也无妨）
java -XX:+UseG1GC -jar myapp.jar

GC 日志怎么读：一条典型 G1 日志的字段含义

# JDK 9+ 统一日志格式，加 -Xlog:gc* 就会打印：
[0.123s][info][gc] GC(0) Pause Young (Normal) (G1 Evacuation Pause)
        20M->5M(100M) 3.456ms

# 逐字段翻译：
# [0.123s]          JVM 启动后 0.123 秒
# GC(0)             第 0 次 GC
# Pause Young       这次是 Young GC（回收新生代）
# 20M->5M(100M)     GC 前堆 20M，GC 后 5M，堆总大小 100M
# 3.456ms           这次停顿 3.4 毫秒

# 排查"偶发卡顿"：找耗时最长的那行 Pause，看是不是 Mixed GC / Full GC
# 如果频繁出现 Full GC，说明堆不够大或者内存泄漏

生产环境 JVM 参数调优示例（入门够用版）

# 一个 4G 堆的 Spring Boot 应用启动参数参考
java \
  -Xms4g -Xmx4g \                    # 堆初始和最大设成一样，避免来回伸缩
  -XX:+UseG1GC \                      # JDK 9+ 默认就是 G1，显式写出来
  -XX:MaxGCPauseMillis=200 \         # 期望 GC 停顿不超过 200ms
  -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError \   # OOM 时自动 dump 堆快照
  -XX:HeapDumpPath=/var/log/dump/ \  # dump 文件存哪
  -Xlog:gc*:file=/var/log/gc.log:time,tags \  # GC 日志写文件
  -jar myapp.jar

# 排查 OOM 时：拿到 heap dump 用 Eclipse MAT 打开，看哪个对象占了大头
# 别上来就加 -Xmx：先搞清楚为什么内存涨上去，加堆只是续命

三种基础回收算法：G1/ZGC 都是它们的拼盘

面试官爱问"GC 算法有哪些"，其实底层就三板斧。新生代老年代用不同组合，G1 也只是把这三板斧分区分片地用。

算法	人话	优缺点
标记-清除 Mark-Sweep	先扫一遍标记哪些对象活着，再把没标记的清掉。	简单；但清完会产生碎片，东一块西一块，大对象放不下。
复制 Copying	把活着的对象整体复制到另一半空区域，再把原区域一把清空。	没有碎片、快；但要浪费一半空间。新生代（对象朝生夕死）用它最划算。
标记-整理 Mark-Compact	标记后，把活对象往一端挪，再把边界外的清掉。	无碎片、不浪费空间；但要挪对象，慢。老年代（活得久、存活率高）用它。

论分代收集 = 三板斧的拼盘

新生代对象死得快，用复制算法（只留少量存活对象复制走）；老年代对象活得久、占空间大，用标记-整理（别浪费空间）。G1 把堆切成很多小块，每块按需选用这三板斧，所以能做到停顿可预测。知道"新生代复制、老年代整理"这一句，面试就够了。

常见 OutOfMemoryError：报错信息对号入座

报错信息	哪里爆了 & 大概原因
Java heap space	堆爆了：对象太多没回收，或一次性加载大集合。
GC overhead limit exceeded	GC 花了 98% 时间却只回收一点点，基本等同于"快撑爆了"。
Metaspace	元空间爆了：动态生成类（CGLIB、反射）太多。
unable to create new native thread	线程开太多，操作系统扛不住——八成是没用到线程池。

论类加载机制：三个阶段

加载（Loading）：把 .class 字节码读进内存。链接（Linking）：验证格式、给静态变量赋默认值、把符号引用换成直接引用。初始化（Initialization）：执行静态代码块、给静态变量赋真正的值。

面试常问"双亲委派模型"：类加载请求先递给父加载器，父加载器找不到才自己加载——目的是防止核心类被篡改。工作中知道"类是按需加载、有层级委派"这个概念即可。

三层类加载器（从上到下）：启动类加载器（加载 java.lang.* 等核心类）→ 平台类加载器（加载扩展模块）→ 应用类加载器（加载你自己写的 classpath 下的类）。加载 java.lang.String 时，永远先让最顶层去加载，就算你自己写了一个同名 String，也不会被用到——这就是双亲委派的安全意义。

章末面试 · JVM（5 题）

1.（概念题）JVM 运行时数据区有哪些？对象实例存在哪？

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答案：堆（Heap，所有线程共享，new 的对象在这）、栈（Stack，每个线程一个，存局部变量和调用栈）、方法区/元空间（类信息、常量池）、程序计数器。对象实例在堆里。

2.（概念题）GC 怎么判断对象可以回收？

查看答案

答案：可达性分析：从 GC Roots（栈里的局部变量、静态变量、常量）出发，顺着引用链走，走不到的对象就是垃圾。不是引用计数法（解决不了循环引用）。

3.（概念题）类加载过程分哪几步？什么是双亲委派？

查看答案

答案：加载 → 验证 → 准备 → 解析 → 初始化。双亲委派：类加载请求先递给父加载器，父加载器找不到才自己加载，防止核心类（java.lang.String）被篡改。

4.（排错题）报 OutOfMemoryError: Java heap space，先做什么？

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答案：不是立刻加 -Xmx。先开 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 拿到 dump，用 MAT 分析谁占内存最大。可能是一次性加载了大集合，或静态 Map 只加不清导致泄漏。

5.（选择题）JDK 9+ 默认 GC 是哪个？A. Parallel　B. CMS　C. G1　D. ZGC

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答案：C。G1 从 JDK 9 起是默认，面向大堆、可预测停顿。CMS 在 JDK 14 被移除。ZGC 是超低延迟选项。

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