JVM 结构概述

JVM 的核心结构可以分为以下几个部分：

1. 类加载子系统（Class Loader Subsystem）
2. 运行时数据区（Runtime Data Areas）
3. 执行引擎（Execution Engine）
4. 本地方法接口（Native Method Interface）
5. 本地方法库（Native Libraries）

下面我们分别从这些部分来对比 JDK 8 和 JDK 17 的 JVM 结构。

1. 类加载子系统（Class Loader Subsystem）

类加载子系统负责加载 Java 类文件（.class 文件）到 JVM 中。

JDK 8 和 JDK 17 的类加载机制

• 类加载器层次结构：
  • Bootstrap ClassLoader：加载核心 Java 类（如 java.lang.*）。
  • Extension ClassLoader：加载扩展类（jre/lib/ext 目录下的类）。
  • Application ClassLoader：加载应用程序类路径（Classpath）下的类。
  • Custom ClassLoader：用户自定义的类加载器。
• 双亲委派模型：
  • 类加载器在加载类时，首先委托给父类加载器，只有在父类加载器无法加载时，才自己加载。
  • JDK 8 和 JDK 17 都遵循双亲委派模型。
• 变化：
  • JDK 9 引入了模块化系统（Jigsaw[音:急个啥]），类加载机制有所调整，但 JDK 17 仍然兼容 JDK 8 的类加载机制。

2. 运行时数据区（Runtime Data Areas）

运行时数据区是 JVM 内存管理的核心部分，主要包括以下几个区域：

JDK 8 的运行时数据区

1. 方法区（Method Area） ：
   • 存储类信息、常量、静态变量等。
   • 在 JDK 8 中，方法区的实现是 永久代（PermGen） 。
2. 堆（Heap） ：
   • 存储对象实例和数组。
   • 分为年轻代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。
   • 年轻代进一步分为 Eden 区、Survivor 区（From 和 To）。
3. 栈（Stack） ：
   • 每个线程私有的栈，存储局部变量和方法调用。
   • 包括局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址等。
4. 程序计数器（Program Counter Register） ：
   • 记录当前线程执行的字节码指令地址。
5. 本地方法栈（Native Method Stack） ：
   • 用于执行本地方法（Native Methods）。

JDK 17 的运行时数据区

1. 元空间（Metaspace） ：
   • 取代了 JDK 8 中的永久代（PermGen）。
   • 存储类信息、常量、静态变量等。
   • 元空间使用本地内存（Native Memory），不再受 JVM 堆内存限制。
2. 堆（Heap） ：
   • 与 JDK 8 类似，分为年轻代和老年代。
   • 支持更大的堆内存（如 ZGC 和 Shenandoah GC 支持 TB 级别的堆）。
3. 栈（Stack） ：
   • 与 JDK 8 相同。
4. 程序计数器（Program Counter Register） ：
   • 与 JDK 8 相同。
5. 本地方法栈（Native Method Stack） ：
   • 与 JDK 8 相同。

变化：

• 永久代被元空间取代：
  • JDK 8 的永久代容易导致OutOfMemoryError: PermGen space 错误。
  • JDK 17 使用元空间，动态调整内存大小，避免了永久代的限制。

3. 执行引擎（Execution Engine）

执行引擎负责执行字节码指令。

JDK 8 和 JDK 17 的执行引擎

• 解释器（Interpreter） ：
  • 逐行解释执行字节码。
• 即时编译器（JIT Compiler） ：
  • 将热点代码（HotSpot）编译为本地机器码，提高执行效率。
  • JDK 8 和 JDK 17 都使用****C1（Client Compiler） 和 C2（Server Compiler） 。
• 垃圾回收器（Garbage Collector） ：
  • JDK 8 默认使用 Parallel GC。
  • JDK 17 默认使用 G1 GC，并引入了 ZGC 和 Shenandoah GC。

变化：

• JDK 17 对 JIT 编译器进行了优化，提升了编译效率。
• JDK 17 引入了新的垃圾回收器（如 ZGC 和 Shenandoah GC），支持更低延迟和更大堆内存。

4. 本地方法接口（Native Method Interface）

• 提供 Java 代码调用本地方法（如 C/C++ 代码）的能力。
• JDK 8 和 JDK 17 的本地方法接口基本一致。

5. 本地方法库（Native Libraries）

• 包含 JVM 所需的本地库（如线程、网络、文件系统等）。
• JDK 17 对本地方法库进行了优化，提升了性能和兼容性。

JDK 8 和 JDK 17 的 JVM 结构对比总结

总结

• JDK 8 的 JVM 结构以永久代和 Parallel GC 为特点，适合传统的 Java 应用。
• JDK 17 的 JVM 结构引入了元空间、G1 GC、ZGC 等新技术，更适合现代应用（如低延迟、大内存场景）。
• JDK 17 在性能、内存管理和垃圾回收方面有显著改进，推荐在新项目中使用。