JVM生命周期

JVM 生命周期：从启动到退出的完整历程

JVM（Java 虚拟机）作为运行字节码的虚拟进程，其生命周期遵循 “启动 - 执行 - 退出” 的完整流程。理解这一过程有助于深入掌握 JVM 的运行机制，以及排查与进程生命周期相关的问题（如进程异常退出、资源未释放等）。

JVM 启动：初始化与类加载

JVM 的启动是一个从无到有创建虚拟机进程的过程，核心是通过引导类加载器加载初始类，完成虚拟机的初始化。

1. 启动触发方式

• 命令行启动：通过java命令启动（如java -jar app.jar或java com.example.Main），底层调用 JVM 的启动接口（如JNI_CreateJavaVM）。
• 嵌入式启动：通过 JNI（Java Native Interface）在其他语言（如 C/C++）中嵌入 JVM，手动调用启动接口创建虚拟机实例。

2. 启动核心步骤

1. 创建 JVM 实例：操作系统分配进程资源，初始化 JVM 的内部数据结构（如内存管理模块、线程管理模块）。
2. 初始化引导类加载器：引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）是 JVM 自带的加载器，负责加载 JVM 运行必需的核心类（如java.lang.Object、java.lang.ClassLoader等，位于rt.jar中）。
3. 加载初始类：
   初始类由虚拟机实现指定（通常是用户程序的入口类，即包含main方法的类）。引导类加载器通过类的全限定名找到并加载该类，触发类加载的 “加载 - 链接 - 初始化” 流程（见前文）。
4. 启动主线程：初始化完成后，JVM 创建主线程（main线程），执行初始类的main方法，标志着程序开始执行。

3. 启动阶段的关键特点

• 启动过程依赖 JVM 的配置参数（如堆大小-Xms、垃圾回收器-XX:+UseG1GC等），这些参数会影响内存分配、执行引擎等核心组件的初始化。
• 若初始类加载失败（如类不存在、字节码损坏），JVM 会在启动阶段抛出错误并终止。

JVM 执行：运行 Java 程序

JVM 启动后进入执行阶段，其核心任务是运行 Java 程序（字节码），直到程序结束或异常终止。

1. 执行阶段的核心行为

• 线程管理：JVM 会创建和管理多个线程（如主线程、GC 线程、守护线程等），线程的生命周期与 JVM 进程绑定。
• 内存管理：
  • 动态分配对象内存（主要在堆中）；
  • 垃圾回收器定期回收不可达对象的内存，避免内存泄漏。
• 字节码执行：通过解释器和 JIT 编译器协同执行字节码，热点代码会被编译为机器码以提升效率。
• 异常处理：当程序抛出未捕获的异常时，JVM 会终止对应的线程；若主线程异常终止，可能导致 JVM 退出。

2. 执行阶段的生命周期特征

• JVM 进程的生命周期与程序的生命周期一致：程序运行时 JVM 持续运行，程序结束后 JVM 退出。
• 执行过程中，JVM 通过 JMX（Java Management Extensions）等接口提供运行时监控能力（如查看内存使用、线程状态等）。

JVM 退出：终止进程与释放资源

JVM 退出意味着虚拟机进程终止，所有资源（内存、文件句柄、线程等）会被释放。JVM 退出的触发方式可分为正常退出和异常退出两类。

1. 正常退出

程序正常执行完毕，JVM 主动终止进程，常见场景：

• 程序执行完成：main方法执行结束，主线程退出，且没有其他非守护线程运行（JVM 会等待所有非守护线程结束后退出）。
• 主动调用退出方法：
  • 调用System.exit(int status)或Runtime.getRuntime().exit(int status)：终止 JVM，status为退出状态码（0 表示正常，非 0 表示异常）。
  • 调用Runtime.getRuntime().halt(int status)：强制终止 JVM，不执行退出钩子（shutdown hook），直接终止进程。

2. 异常退出

因错误或外部干预导致 JVM 被迫终止，常见场景：

• 未捕获的异常 / 错误：线程抛出未捕获的Error（如OutOfMemoryError）或RuntimeException，导致线程终止；若所有非守护线程终止，JVM 退出。
• 操作系统干预：
  • 外部进程发送终止信号（如kill -9 <pid>在 Linux 中强制杀死 JVM 进程）。
  • 操作系统崩溃或断电，导致 JVM 进程异常终止。
• JNI 调用错误：通过 JNI 调用的本地方法执行错误（如访问非法内存），可能导致 JVM 崩溃。

3. 退出前的清理动作

JVM 正常退出前会执行一系列清理操作：

• 执行退出钩子（Shutdown Hooks）：通过Runtime.getRuntime().addShutdownHook(Thread hook)注册的线程会在 JVM 退出前执行，用于释放资源（如关闭文件、断开数据库连接等）。
• Finalizer 机制：部分对象的finalize()方法可能被执行（但不保证一定执行，不建议依赖）。
• 释放资源：JVM 释放分配的内存、关闭文件句柄、终止所有线程等，最终操作系统回收进程资源。