我們寫的是.java文件，需要通過javac編譯，產生.class文件，class文件才可以被JVM識別。我們經常見到的.jar文件，其實就是.class文件的壓縮包（減少文件個數(shù)，方便操作），被加載到JVM才可以運行。
從上可以看出，JVM包含以下幾個部分類加載、執(zhí)行引擎、運行數(shù)據區(qū)以及垃圾回收器。
運行數(shù)據區(qū)
運行時數(shù)據區(qū)區(qū)主要可以劃分為5個區(qū)域
1 方法區(qū)(Method Area)
方法區(qū)包含兩部分永久代（Permanent Generation）用于存儲類結構信息的地方，包括常量池、靜態(tài)變量、構造函數(shù)、運行時常量池(Runtime Constant Pool)等和代碼緩存即編譯后的代碼（JIT）。雖然JVM規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個邏輯部分， 但它卻有個別名non-heap（非堆），所以大家不要搞混淆了。
永久代（持久代 Permanent Generation）—— -XX:MaxPermSize設置上限，-XX:PermSize設置最小值 例：VM Args:-XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M。如果它的空間用完了，會導致java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space的異常。
JAVA8開始，持久代已經被徹底刪除了，取代它的是另一個內存區(qū)域也被稱為元空間。是本地堆內存中的一部分，它可以通過-XX:MetaspaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize來進行調整，當?shù)竭_XX:MetaspaceSize所指定的閾值后會開始進行清理該區(qū)域，如果本地空間的內存用盡了會收到java.lang.OutOfMemoryError: Metadata space的錯誤信息。
代碼緩存（Code Cache）——這個緩存區(qū)域是用來存儲編譯后的代碼。編譯后的代碼就是本地代碼（硬件相關的），它是由JIT（Just In Time)編譯器生成的，這個編譯器是Oracle HotSpot JVM所特有的。
2 java堆(Heap)
存儲java實例或者對象的地方。這塊是GC的主要區(qū)域。堆的大小可以通過JVM選項-Xms和-Xmx來進行調整，當堆耗盡的時候，JVM會拋出java.lang.OutOfMemoryError 異常。從存儲的內容我們可以很容易知道，方法區(qū)和堆是被所有java線程共享的。
堆被分為：
- Eden區(qū) —— 新對象或者生命周期很短的對象會存儲在這個區(qū)域中，這個區(qū)的大小可以通過-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize參數(shù)來調整。新生代GC（垃圾回收器）會清理這一區(qū)域。
- Survivor區(qū) —— 那些歷經了Eden區(qū)的垃圾回收仍能存活下來的依舊存在引用的對象會待在這個區(qū)域。這個區(qū)的大小可以由JVM參數(shù)-XX:SurvivorRatio來進行調節(jié)。
- 老年代 —— 那些在歷經了Eden區(qū)和Survivor區(qū)的多次GC后仍然存活下來的對象（當然了，是拜那些揮之不去的引用所賜）會存儲在這個區(qū)里。這個區(qū)會由一個特殊的垃圾回收器來負責。老年代中的對象的回收是由老年代的GC（major GC）來進行的。
3 java棧(Stack)
java?？偸呛途€程關聯(lián)在一起，每當創(chuàng)建一個線程時，JVM就會為這個線程創(chuàng)建一個對應的java棧。在這個java棧中又會包含多個棧幀，每運行一個方法就創(chuàng)建一個棧幀，用于存儲局部變量表、操作棧、方法返回值等。每一個方法從調用直至執(zhí)行完成的過程，就對應一個棧幀在java棧中入棧到出棧的過程。所以java棧是線程私有的。
4 程序計數(shù)器(PC Register)
用于保存當前線程執(zhí)行的內存地址。由于JVM程序是多線程執(zhí)行的（線程輪流切換），所以為了保證線程切換回來后，還能恢復到原先狀態(tài)，就需要一個獨立的計數(shù)器，記錄之前中斷的地方，可見程序計數(shù)器也是線程私有的。
5 本地方法棧(Native Method Stack)
和java棧的作用差不多，只不過是為JVM使用到的native方法服務的。本地方法棧的參數(shù)順序、返回值和典型的 C 程序相同。
6 本地方法接口
主要是調用C或C++實現(xiàn)的本地方法及返回結果。
7 直接內存
直接內存并不是虛擬機運行時數(shù)據區(qū)的一部分。
在NIO中，引入了一種基于通道和緩沖區(qū)的I/O方式，它可以使用native函數(shù)直接分配堆外內存，然后通過一個存儲在java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內存的引用進行操作。-XX:MaxDirectMemorySize設置最大值，默認與java堆最大值一樣。
類加載
JVM將類加載分為3個步驟：
- 裝載（Load）
- 鏈接（Link）
- 初始化（Initialize）
其中 鏈接（Link）又分3個步驟，如下圖所示：
加載（Load）
查找并加載類的二進制數(shù)據（查找和導入Class文件）
加載是類加載過程的第一個階段，在加載階段，虛擬機需要完成以下三件事情：
1）通過一個類的全限定名來獲取其定義的二進制字節(jié)流。
2）將這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結構轉化為方法區(qū)的運行時數(shù)據結構。
3）在Java堆中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象，作為對方法區(qū)中這些數(shù)據的訪問入口。
相對于類加載的其他階段而言，加載階段（準確地說，是加載階段獲取類的二進制字節(jié)流的動作）是可控性最強的階段，因為開發(fā)人員既可以使用系統(tǒng)提供的類加載器來完成加載，也可以自定義自己的類加載器來完成加載。
加載階段完成后，虛擬機外部的 二進制字節(jié)流就按照虛擬機所需的格式存儲在方法區(qū)之中，而且在Java堆中也創(chuàng)建一個java.lang.Class類的對象，這樣向Java程序員提供了訪問方法區(qū)內的數(shù)據結構的接口。
那么class文件加載又有什么原則呢？需要滿足雙親委托原則，通過類加載器進行加載，類加載器分為以下幾種：
[圖片上傳失敗...(image-7e04f1-1515253471822)]
- Bootstrap ClassLoader 負責加載$JAVA_HOME中 jre/lib/rt.jar 里所有的class或Xbootclassoath選項指定的jar包。由C++實現(xiàn)，不是ClassLoader子類。
- Extension ClassLoader 負責加載java平臺中擴展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar 或 -Djava.ext.dirs指定目錄下的jar包。
- App ClassLoader 負責加載classpath中指定的jar包及 Djava.class.path 所指定目錄下的類和jar包。
- Custom ClassLoader 通過java.lang.ClassLoader的子類自定義加載class，屬于應用程序根據自身需要自定義的ClassLoader，如tomcat、jboss都會根據j2ee規(guī)范自行實現(xiàn)ClassLoader。
加載過程中會先檢查類是否被已加載，檢查順序是自底向上，從Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐層檢查，只要某個classloader已加載，就視為已加載此類，保證此類所有ClassLoader加載一次。而加載的順序是自頂向下，也就是由上層來逐層嘗試加載此類。
鏈接（分3個步驟）
1）驗證：確保被加載的類的正確性
驗證是連接階段的第一步，這一階段的目的是為了確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合當前虛擬機的要求，并且不會危害虛擬機自身的安全。驗證階段大致會完成4個階段的檢驗動作：
文件格式驗證：驗證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范；例如：是否以0xCAFEBABE開頭、主次版本號是否在當前虛擬機的處理范圍之內、常量池中的常量是否有不被支持的類型。
元數(shù)據驗證：對字節(jié)碼描述的信息進行語義分析（注意：對比javac編譯階段的語義分析），以保證其描述的信息符合Java語言規(guī)范的要求；例如：這個類是否有父類，除了java.lang.Object之外。
字節(jié)碼驗證：通過數(shù)據流和控制流分析，確定程序語義是合法的、符合邏輯的。
符號引用驗證：確保解析動作能正確執(zhí)行。
驗證階段是非常重要的，但不是必須的，它對程序運行期沒有影響，如果所引用的類經過反復驗證，那么可以考慮采用-Xverifynone參數(shù)來關閉大部分的類驗證措施，以縮短虛擬機類加載的時間。
2）準備：為類的靜態(tài)變量分配內存，并將其初始化為默認值
準備階段是正式為類變量分配內存并設置類變量初始值的階段，這些內存都將在方法區(qū)中分配。對于該階段有以下幾點需要注意：
- 這時候進行內存分配的僅包括類變量（static），而不包括實例變量，實例變量會在對象實例化時隨著對象一塊分配在Java堆中。
- 這里所設置的初始值通常情況下是數(shù)據類型默認的零值（如0、0L、null、false等），而不是被在Java代碼中被顯式地賦予的值。
假設一個類變量的定義為：public static int value = 3； 那么變量value在準備階段過后的初始值為0，而不是3，因為這時候尚未開始執(zhí)行任何Java方法，而把value賦值為3的putstatic指令是在程序編譯后，存放于類構造器<clinit>（）方法之中的，所以把value賦值為3的動作將在初始化階段才會執(zhí)行。
3）解析：把類中的符號引用轉換為直接引用
解析階段是虛擬機將常量池內的符號引用替換為直接引用的過程，解析動作主要針對類或接口、字段、類方法、接口方法、方法類型、方法句柄和調用限定符7類符號引用進行。符號引用就是一組符號來描述目標，可以是任何字面量。
直接引用就是直接指向目標的指針、相對偏移量或一個間接定位到目標的句柄。
初始化
對類的靜態(tài)變量，靜態(tài)代碼塊執(zhí)行初始化操作
初始化為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值，JVM負責對類進行初始化，主要對類變量進行初始化。在Java中對類變量進行初始值設定有兩種方式：
①聲明類變量是指定初始值。
②使用靜態(tài)代碼塊為類變量指定初始值。
類什么時候才被初始化呢？
1）創(chuàng)建類的實例，也就是new一個對象
2）訪問某個類或接口的靜態(tài)變量，或者對該靜態(tài)變量賦值
3）調用類的靜態(tài)方法
4）反射（Class.forName("com.lyj.load")）
5）初始化一個類的子類（會首先初始化子類的父類）
6）JVM啟動時標明的啟動類，即文件名和類名相同的那個類
只有這6中情況才會導致類的類的初始化。
類的初始化步驟 / JVM初始化步驟：
1）如果這個類還沒有被加載和鏈接，那先進行加載和鏈接
2）假如這個類存在直接父類，并且這個類還沒有被初始化（注意：在一個類加載器中，類只能初始化一次），那就初始化直接的父類（不適用于接口）
3 ) 假如類中存在初始化語句（如static變量和static塊），那就依次執(zhí)行這些初始化語句。
結束生命周期
在如下幾種情況下，Java虛擬機將結束生命周期
1、執(zhí)行了System.exit()方法
2、程序正常執(zhí)行結束
3、程序在執(zhí)行過程中遇到了異?；蝈e誤而異常終止
4、由于操作系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤而導致Java虛擬機進程終止
參考
Java 類加載機制詳解
深入理解Java類加載器(ClassLoader)
Java類加載機制
JVM內幕：Java虛擬機詳解
JVM結構、GC工作機制詳解
