一、基礎知識
1. JVM實例：JVM實例對應了一個獨立運行的java程序，它是進程級別。
2. JVM執(zhí)行引擎實例：JVM執(zhí)行引擎實例則對應了屬于用戶運行程序的線程，它是線程級別的。
3. JVM生命周期：
? ? JVM實例的誕生：當啟動一個Java程序時，一個JVM實例就產(chǎn)生了。
? ? JVM實例的運行： main()作為該程序初始線程的起點，任何其他線程均由該線程啟動。
? ? JVM實例的消亡：當程序中的所有非守護線程都終止時，JVM才退出；若安全管理器允許，程序也可以使用Runtime類或者System.exit()來退出。
? ? 注： JVM內(nèi)部有兩種線程：守護線程和非守護線程，main()屬于非守護線程，守護線程通常由JVM自己使用，java程序也可以標明自己創(chuàng)建的線程是守護線程。
? ? 任何一個擁有public static void main(String[] args)函數(shù)的class都可以作為JVM實例運行的起點
二、JVM結構
JVM可以由不同的廠商來實現(xiàn)。由于廠商的不同必然導致JVM在實現(xiàn)上的一些不同，然而JVM還是可以實現(xiàn)跨平臺的特性，這就要歸功于設計JVM時的體系結構了。
JVM體系結構包含三部分:
? ? 類加載器（Class Loader）子系統(tǒng)：類加載器（class loader）用來加載 Java 類到 Java 虛擬機中。一般來說，Java 虛擬機使用 Java 類的方式如下：Java 源程序（.java 文件）在經(jīng)過 Java 編譯器編譯之后就被轉(zhuǎn)換成 Java 字節(jié)代碼（.class 文件）。類加載器負責讀取 Java 字節(jié)代碼，并轉(zhuǎn)換成java.lang.Class類的一個實例。每個這樣的實例用來表示一個 Java 類。通過此實例的 newInstance()方法就可以創(chuàng)建出該類的一個對象。實際的情況可能更加復雜，比如 Java 字節(jié)代碼可能是通過工具動態(tài)生成的，也可能是通過網(wǎng)絡下載的。但第二次實例化一個類時，就從對應Class類newInstance()，不用每次都讀取.class文件。
? ? 執(zhí)行引擎（Execution Engine）
? ? 運行時數(shù)據(jù)區(qū)(Runtime Data Area)：
Java程序執(zhí)行過程
Java整個程序以及運行的過程相當繁瑣，本文通過一個簡單的程序來簡單的說明整個流程。? ? ?
? ? ? ? ? 如下圖，Java程序從源文件創(chuàng)建到程序運行要經(jīng)過兩大步驟：1、源文件由編譯器編譯成字節(jié)碼（ByteCode）? 2、字節(jié)碼由java虛擬機解釋運行。因為java程序既要編譯同時也要經(jīng)過JVM的解釋運行，所以說Java被稱為半解釋語言（ "semi-interpreted" language）。
三、運行時數(shù)據(jù)區(qū)
程序計數(shù)器(Program Counter Register)、Java棧(VM Stack)、本地方法棧(Native Method Stack)、方法區(qū)(Method Area)、堆(Heap)
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? ? 程序計數(shù)器(Program Counter Register)
? ? 程序計數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間， 可以看作是當前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器。 分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處理、線程恢復等基礎功能都需要依賴這個計數(shù)器來完成。
? ? 由于Java 虛擬機的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時間的方式來實現(xiàn)的，在任何一個確定的時刻，一個處理器（對于多核處理器來說是一個內(nèi)核）只會執(zhí)行一條線程中的指令。因此，為了線程切換后能恢復到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要有一個獨立的程序計數(shù)器，各條線程之間的計數(shù)器互不影響，獨立存儲，我們稱這類內(nèi)存區(qū)域為 “線程私有” 的內(nèi)存。
? ? 在JVM規(guī)范中規(guī)定，如果線程執(zhí)行的是非native方法，則程序計數(shù)器中保存的是當前需要執(zhí)行的指令的地址；如果線程執(zhí)行的是native方法，則程序計數(shù)器中的值是undefined。
? ? 由于程序計數(shù)器中存儲的數(shù)據(jù)所占空間的大小不會隨程序的執(zhí)行而發(fā)生改變，因此，對于程序計數(shù)器是不會發(fā)生內(nèi)存溢出現(xiàn)象(OutOfMemory)的。
? ? Java棧(VM Stack)
? ? Java棧也稱作虛擬機棧（Java Vitual Machine Stack），是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型。
? ? ? ? Java棧中存放的是一個個的棧幀， 每個棧幀對應一個被調(diào)用的方法，在棧幀中包括局部變量表(Local Variables)、操作數(shù)棧(Operand Stack)、指向當前方法所屬的類的運行時常量池（運行時常量池的概念在方法區(qū)部分會談到）的引用(Reference to runtime constant pool)、方法返回地址(Return Address)和一些額外的附加信息。
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? ? ? ? 當線程執(zhí)行一個方法時，就會隨之創(chuàng)建一個對應的棧幀，并將建立的棧幀壓棧。當方法執(zhí)行完畢之后，便會將棧幀出棧。
? ? ? ? 會有兩種異常StackOverFlowError和 OutOfMemoneyError。當線程請求棧深度大于虛擬機所允許的深度就會拋出StackOverFlowError錯誤；虛擬機棧動態(tài)擴展，當擴展無法申請到足夠的內(nèi)存空間時候，拋出OutOfMemoneyError。
? ? ? ? 它是線程私有的，生命周期與線程相同。
? ? 本地方法棧(Native Method Stack)
? ? 本地方法棧與Java棧的作用和原理非常相似。區(qū)別只不過是Java棧是為執(zhí)行Java方法服務的， 而本地方法棧則是為執(zhí)行本地方法（Native Method）服務的。
? ? ? ? 在JVM規(guī)范中，并沒有對本地方發(fā)展的具體實現(xiàn)方法以及數(shù)據(jù)結構作強制規(guī)定，虛擬機可以自由實現(xiàn)它。在HotSopt虛擬機中直接就把本地方法棧和Java棧合二為一。
? ? ? ? 與虛擬機棧一樣，本地方法棧區(qū)域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常
? ? 方法區(qū)(Method Area)
? ? JDK8之后-JVM運行時數(shù)據(jù)區(qū)域
? ? ? ? JDK7及之前版本的方法區(qū)（Method Area）和Java堆一樣， 是各個線程共享的內(nèi)存區(qū)域，用于存儲已經(jīng)被虛擬機加載的類信息、常量、靜態(tài)常量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。
? ? ? ? 在方法區(qū)中有一個非常重要的部分就是 運行時常量池 ，它是每一個類或接口的常量池的運行時表示形式， 在類和接口被加載到JVM后，對應的運行時常量池就被創(chuàng)建出來。當然并非Class文件常量池中的內(nèi)容才能進入運行時常量池，在運行期間也可將新的常量放入運行時常量池中，比如String的intern方法。
package com.jvm;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* -XX:MaxPermSize=20M 方法區(qū)最大大小20M
* Created by yulinfeng on 7/11/17.
*/
public class Test {
? ? public static void main(String[] args) {
? ? ? ? List<String> list = new ArrayList<String>();
? ? ? ? int i = 0;
? ? ? ? while (true) {
? ? ? ? ? ? list.add(String.valueOf(i++).intern());? //不斷創(chuàng)建線程
? ? ? ? }
? ? }
}
實際上對于以上代碼，在JDK6、JDK7、JDK8運行結果均不一樣。原因就在于字符串常量池在JDK6的時候還是存放在方法區(qū)（永久代）所以它會拋出OutOfMemoryError:Permanent Space；而JDK7后則將字符串常量池移到了Java堆中，上面的代碼不會拋出OOM，若將堆內(nèi)存改為20M則會拋出OutOfMemoryError:Java heap space；至于JDK8則是純粹取消了方法區(qū)這個概念，取而代之的是”元空間（Metaspace）“，所以在JDK8中虛擬機參數(shù)”-XX:MaxPermSize”也就沒有了任何意義，取代它的是”-XX:MetaspaceSize“和”-XX:MaxMetaspaceSize”等。
? ? 在JVM規(guī)范中，沒有強制要求方法區(qū)必須實現(xiàn)垃圾回收。很多人習慣將方法區(qū)稱為“永久代”，是因為HotSpot虛擬機以永久代來實現(xiàn)方法區(qū)，從而JVM的垃圾收集器可以像管理堆區(qū)一樣管理這部分區(qū)域，從而不需要專門為這部分設計垃圾回收機制。不過自從JDK7之后，Hotspot虛擬機便將運行時常量池從永久代移除了。
? ? 堆(Heap)
? ? ? ? JVM中所管理內(nèi)存中的最大的一塊。在虛擬機啟動時被創(chuàng)建。
? ? ? ? 唯一的目的是存放對象實例，幾乎所有的對象實例和數(shù)組都是在這里分配內(nèi)存。 （JVM規(guī)范中說的是所有的，但是隨著JIT便編譯器的發(fā)展和逃逸技術分析的成熟，一些實例可以不在這個區(qū)域分配內(nèi)存）
? ? ? ? 程序員基本不用去關心空間釋放的問題，Java的垃圾回收機制會自動進行處理，因此堆是垃圾收集管理的主要區(qū)域，所以也會被稱為”GC堆“。
? ? ? ? 堆是被所有線程共享的，在JVM中只有一個堆。
? ? ? ? 淺堆和深堆
? ? ? ? ? ? 淺堆（Shallow Heap）和深堆（Retained Heap）是兩個非常重要的概念，它們分別表示一個對象結構所占用的內(nèi)存大小和一個對象被GC回收后，可以真實釋放的內(nèi)存大小。
? ? ? ? ? ? 淺堆（Shallow Heap）是指一個對象所消耗的內(nèi)存。在32位系統(tǒng)中，一個對象引用會占據(jù)4個字節(jié)，一個int類型會占據(jù)4個字節(jié)，long型變量會占據(jù)8個字節(jié)，每個對象需要占用8個字節(jié)。
? ? ? ? ? ? 深堆（Retained Heap）的概念略微復雜。要理解深堆，首先需要了解保留集（Retained Set）。對象A的保留集指當對象A被垃圾回收后，可以被釋放的所有對象集合（包括對象A本身），即對象A的保留集可以被認為是只能通過對象A被直接或間接訪問到的所有對象的集合。通俗地說，就是指僅被對象A所持有的對象的集合。深堆是指對象的保留集中所有的對象的淺堆大小之和。
? ? ? ? ? ? 例如:對象A引用了C和D，對象B引用了C和E。那么對象A的淺堆大小只是A本身，不含C和D，而A的實際大小為A、C、D三者之和。而A的深堆大小為A與D之和，由于對象C還可以通過對象B訪問到，因此不在對象A的深堆范圍內(nèi)。
