一、基本概念
JVM 是可运行 Java 代码的假想计算机 ，包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、
一个垃圾回收，堆 和 一个存储方法域。 JVM 是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接
的交互。
二、运行过程
我们都知道 Java 源文件，通过编译器，能够生产相应的.Class 文件，也就是字节码文件，
而字节码文件又通过 Java 虚拟机中的解释器，编译成特定机器上的机器码 。
也就是如下：
① Java 源文件—->编译器—->字节码文件
② 字节码文件—->JVM—->机器码
每一种平台的解释器是不同的，但是实现的虚拟机是相同的，这也就是 Java 为什么能够
跨平台的原因了 ，当一个程序从开始运行，这时虚拟机就开始实例化了，多个程序启动就会
存在多个虚拟机实例。程序退出或者关闭，则虚拟机实例消亡，多个虚拟机实例之间数据不
能共享。
三、线程
3.1 线程概念
这里所说的线程指程序执行过程中的一个线程实体。
JVM 允许一个应用并发执行多个线程。Hotspot JVM 中的 Java 线程与原生操作系统线程有直接的映射关系。
当线程本地存储、缓冲区分配、同步对象、栈、程序计数器等准备好以后，就会创建一个操作系统原生线程。
Java 线程结束，原生线程随之被回收。操作系统负责调度所有线程，并把它们分配到任何可用的 CPU 上。当原生线程初始化完毕，就会调用 Java 线程的 run() 方法。当线程结束时，会释放原生线程和 Java 线程的所有资源。
3.2 系统线程
Hotspot JVM 后台运行的系统线程主要有下面几个：
| 虚拟机线程 （VM thread） | 这个线程等待 JVM 到达安全点操作出现。这些操作必须要在独立的线程里执行，因为当堆修改无法进行时，线程都需要 JVM 位于安全点。这些操作的类型有： stop-theworld 垃圾回收、线程栈 dump、线程暂停、线程偏向锁（biased locking）解除。 |
| 周期性任务线程 | 这线程负责定时器事件（也就是中断），用来调度周期性操作的执行。 |
| GC 线程 | 这些线程支持 JVM 中不同的垃圾回收活动。 |
| 编译器线程 | 这些线程在运行时将字节码动态编译成本地平台相关的机器码。 |
| 信号分发线程 | 这个线程接收发送到 JVM 的信号并调用适当的 JVM 方法处理。 |
四、JVM内存区域
4.1 概念
JVM 内存区域主要分为：
线程私有区域【程序计数器、虚拟机栈、本地方法区】
- 线程私有数据区域生命周期与线程相同, 依赖用户线程的启动/结束 创建/销毁
- 在 HotspotVM 内，每个线程都与操作系统的本地线程直接映射, 因此这部分内存区域的存/否跟随本地线程的生/死对应
线程共享区
- 线程共享区域随虚拟机的启动/关闭而创建/销毁。
- 域【JAVA 堆、方法区】
直接内存
- 直接内存并不是 JVM 运行时数据区的一部分, 但也会被频繁的使用: 在 JDK 1.4 引入的 NIO 提供了基于 Channel 与 Buffer 的 IO 方式, 它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存, 然后使用DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作, 这样就避免了在 Java堆和Native 堆中来回复制数据, 因此在一些场景中可以显著提高性能
| 名 称 | 特征 | 作用 | 配置参数 | 异常 |
|---|---|---|---|---|
| 程 序 计 数 器 | 占用内存小，线程私有，生命周期与线程相同 | 大致为字节码行号指示器 | 无 | 无 |
| 虚 拟 机 栈 | 线程私有，生命周期与线程相同，使用连续的内存空间 | Java 方法执行的内存模型，存储局部变量表、操作栈、动态链接、方 法出口等信 | -Xss | StackOverflowError/OutOfMemoryError |
| 堆 | 线程共享，生命周期与虚拟机相 同，可以不使用连续的内存地址 | 保存对象实例，所有对象实例（包括数组）都要在堆上分配 | Xms -Xsx -Xmn | OutOfMemoryError |
| 方 法 区 | 线程共享，生命周期与虚拟机相同，可以不使用连续的内存地址 | 存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后 的代码等数据 | XX:PermSize:16M-XX:MaxPermSize64M/- XX:MetaspaceSize=16MXX:MaxMetaspaceSize=64M | OutOfMemoryError |
| 本 地 方 法 栈 | 线程私有 | 为虚拟机使用到的 Native 方法服务 | 无 | StackOverflowError/OutOfMemoryErro |
4.2 整体架构
4.3 线程私有区域
4.3.1 程序计数器(线程私有)
一块较小的内存空间, 是当前线程所执行的字节码的行号指示器，每条线程都要有一个独立的
程序计数器，这类内存也称为“线程私有” 的内存。
正在执行 java 方法的话，计数器记录的是虚拟机字节码指令的地址（当前指令的地址)。如果还是 Native 方法，则为空。
这个内存区域是唯一一个在虚拟机中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。
4.3.2 虚拟机栈(线程私有)
是描述java方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）
用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。 每一个方法从调用直至执行完成
的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
栈帧（ Frame）
- 是用来存储数据和部分过程结果的数据结构，同时也被用来处理动态链接(Dynamic Linking)、 方法返回值和异常分派（ Dispatch Exception）。
- 栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁——无论方法是正常完成还是异常完成（抛出了在方法内未被捕获的异常）都算作方法结束。
4.3.3 本地方法区(线程私有)
本地方法区和 Java Stack 作用类似, 区别是虚拟机栈为执行 Java 方法服务, 而本地方法栈则为
Native 方法服务, 如果一个 VM 实现使用 C-linkage 模型来支持 Native 调用, 那么该栈将会是一个
C 栈，但 HotSpot VM 直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
4.3.4 堆（Heap-线程共享） -运行时数据区
是被线程共享的一块内存区域， 创建的对象和数组都保存在 Java 堆内存中，也是垃圾收集器进行
垃圾收集的最重要的内存区域。 由于现代 VM 采用分代收集算法, 因此 Java 堆从 GC 的角度还可以
细分为: 新生代(Eden 区、 From Survivor 区和 To Survivor 区)和老年代。
4.3.5 方法区/永久代（线程共享）
即我们常说的永久代(Permanent Generation), 用于存储被 JVM 加载的类信息、 常量、 静态变量、 即时编译器编译后的代码等数据。
HotSpot VM把GC分代收集扩展至方法区, 即使用Java堆的永久代来实现方法区, 这样 HotSpot 的垃圾收集器就可以像管理 Java 堆一样管理这部分内存,而不必为方法区开发专门的内存管理器(永久带的内存回收的主要目标是针对常量池的回收和类型的卸载, 因此收益一般很小)。
运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。 Class 文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后存放到方法区的运行时常量池中。
Java 虚拟机对 Class 文件的每一部分（自然也包括常量池）的格式都有严格的规定，每一个字节用于存储哪种数据都必须符合规范上的要求，这样才会被虚拟机认可、装载和执行
五、jdk7与jdk8 内存结构对比
5.1 针对JDK8虚拟机内存详解
5.2 JDK7和JDK8变化小结
- 线程私有的：
①程序计数器
②虚拟机栈
③本地方法栈 - 线程共享的：
①堆
②方法区
③直接内存(非运行时数据区的一部分)
5.3 一些面试题
5.3.1 对于Java8，HotSpots取消了永久代，那么是不是就没有方法区了呢？
当然不是，方法区只是一个规范，只不过它的实现变了。
在Java8中，元空间(Metaspace)登上舞台，方法区存在于元空间(Metaspace)。同时，元空间不再与堆连续，而且是存在于本地内存（Native memory）。
5.3.2 方法区Java8之后的变化
- 移除了永久代（PermGen），替换为元空间（Metaspace）
- 永久代中的class metadata（类元信息）转移到了native memory（本地内存，而不是虚拟机）
- 永久代中的interned Strings（字符串常量池） 和 class static variables（类静态变量）转移到了Java heap
- 永久代参数（PermSize MaxPermSize）-> 元空间参数（MetaspaceSize MaxMetaspaceSize）
5.3.3 Java8为什么要将永久代替换成Metaspace？
- 字符串存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出。
- 类及方法的信息等比较难确定其大小，因此对于永久代的大小指定比较困难，太小容易出现永久代溢出，太大则容易导致老年代溢出。
- 永久代会为 GC 带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低。
- Oracle 可能会将HotSpot 与 JRockit 合二为一，JRockit没有所谓的永久代