一個虛擬機是一個軟件實現(xiàn)物理機贫途。Java是在WORA（Write Once Run Anywhere）基礎(chǔ)上開發(fā)的溉浙，它運行在虛擬機上霞幅。該編譯器編譯Java文件轉(zhuǎn)換成一個Java 的.class文件，那么? 的.class文件輸入到JVM蝌数，它加載并執(zhí)行類文件菲宴。以下是JVM的體系結(jié)構(gòu)圖：

一、基礎(chǔ)知識

（一） JVM實例：JVM實例對應(yīng)了一個獨立運行的java程序趋急，它是進程級別喝峦。

（二） JVM執(zhí)行引擎實例：JVM執(zhí)行引擎實例則對應(yīng)了屬于用戶運行程序的線程，它是線程級別的呜达。

（三） JVM生命周期：

（1）JVM實例的誕生

? ? ? ? ? ? 當(dāng)啟動一個Java程序時谣蠢，一個JVM實例就產(chǎn)生了，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

（2）JVM實例的運行

main()作為該程序初始線程的起點查近，任何其他線程均由該線程啟動眉踱。JVM內(nèi)部有兩種線程：守護線程和非守護線程，main()屬于非守護線程霜威，守護線程通常由JVM自己使用谈喳，java程序也可以標明自己創(chuàng)建的線程是守護線程。

（3）JVM實例的消亡

? ? 當(dāng)程序中的所有非守護線程都終止時戈泼，JVM才退出婿禽；若安全管理器允許，程序也可以使用java.lang.Runtime類或者java.lang.System.exit()來退出大猛。

二扭倾、JVM結(jié)構(gòu)

JVM可以由不同的廠商來實現(xiàn)。由于廠商的不同必然導(dǎo)致JVM在實現(xiàn)上的一些不同挽绩，然而JVM還是可以實現(xiàn)跨平臺的特性膛壹，這就要歸功于設(shè)計JVM時的體系結(jié)構(gòu)了。

JVM體系結(jié)構(gòu)包含三部分:

類加載器（Class Loader）子系統(tǒng)

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程序從源文件創(chuàng)建到程序運行要經(jīng)過兩大步驟：1唉堪、源文件由編譯器編譯成字節(jié)碼（ByteCode）? 2模聋、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的解釋運行巨坊，所以說Java被稱為半解釋語言（ "semi-interpreted"? language）撬槽。

三、運行時數(shù)據(jù)區(qū)

程序計數(shù)器(Program Counter Register)趾撵、Java棧(VM Stack)侄柔、本地方法棧(Native Method Stack)共啃、方法區(qū)(Method Area)、堆(Heap)

? (一) 程序計數(shù)器(Program Counter Register

程序計數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間暂题， 可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號指示器移剪。 分支、循環(huán)薪者、跳轉(zhuǎn)纵苛、異常處理、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴這個計數(shù)器來完成言津。

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)的攻人，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悬槽。因此怀吻，為了線程切換后能恢復(fù)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)器初婆，各條線程之間的計數(shù)器互不影響蓬坡，獨立存儲，我們稱這類內(nèi)存區(qū)域為? “線程私有” 的內(nèi)存磅叛。

在JVM規(guī)范中規(guī)定屑咳，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(dāng)前需要執(zhí)行的指令的地址弊琴；如果線程執(zhí)行的是native方法兆龙，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)生改變敲董，因此详瑞，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）臣缀，是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型坝橡。? ?

Java棧中存放的是一個個的棧幀，? 每個棧幀對應(yīng)一個被調(diào)用的方法精置，在棧幀中包括局部變量表(Local Variables)计寇、操作數(shù)棧(Operand? Stack)、指向當(dāng)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)脂倦、方法返回地址(Return Address)和一些額外的附加信息番宁。

? ? ? ? 當(dāng)線程執(zhí)行一個方法時，就會隨之創(chuàng)建一個對應(yīng)的棧幀赖阻，并將建立的棧幀壓棧蝶押。當(dāng)方法執(zhí)行完畢之后，便會將棧幀出棧火欧。

? ? ? ? 會有兩種異常StackOverFlowError和? OutOfMemoneyError棋电。當(dāng)線程請求棧深度大于虛擬機所允許的深度就會拋出StackOverFlowError錯誤茎截；虛擬機棧動態(tài)擴展，當(dāng)擴展無法申請到足夠的內(nèi)存空間時候赶盔，拋出OutOfMemoneyError企锌。它是線程私有的，生命周期與線程相同于未。

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撕攒。區(qū)別只不過是Java棧是為執(zhí)行Java方法服務(wù)的， 而本地方法棧則是為執(zhí)行本地方法（Native Method）服務(wù)的烘浦。

在JVM規(guī)范中抖坪，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(jié)構(gòu)作強制規(guī)定，虛擬機可以自由實現(xiàn)它闷叉。在HotSopt虛擬機中直接就把本地方法棧和Java棧合二為一柳击。

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堆一樣片习， 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蹬叭、常量藕咏、靜態(tài)常量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)秽五。

在方法區(qū)中有一個非常重要的部分就是 運行時常量池 孽查，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后坦喘，對應(yīng)的運行時常量池就被創(chuàng)建出來盲再。當(dāng)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瓣铣，比如String的intern方法答朋。

? ? ? 實際上對于以上代碼，在JDK6棠笑、JDK7梦碗、JDK8運行結(jié)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蓖救；而JDK7后則將字符串常量池移到了Java堆中洪规，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循捺；至于JDK8則是純粹取消了方法區(qū)這個概念斩例，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从橘，取代它的是”-XX:MetaspaceSize“和”-XX:MaxMetaspaceSize”等念赶。

在JVM規(guī)范中础钠，沒有強制要求方法區(qū)必須實現(xiàn)垃圾回收。很多人習(xí)慣將方法區(qū)稱為“永久代”晶乔，是因為HotSpot虛擬機以永久代來實現(xiàn)方法區(qū)珍坊，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(shè)計垃圾回收機制正罢。不過自從JDK7之后阵漏，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)存中的最大的一塊翻具。在虛擬機啟動時被創(chuàng)建履怯。

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)存裆泳。 （JVM規(guī)范中說的是所有的叹洲，但是隨著JIT便編譯器的發(fā)展和逃逸技術(shù)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(guān)心空間釋放的問題工禾，Java的垃圾回收機制會自動進行處理运提，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“闻葵。

堆是被所有線程共享的民泵，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槽畔，它們分別表示一個對象結(jié)構(gòu)所占用的內(nèi)存大小和一個對象被GC回收后栈妆，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)存厢钧。在32位系統(tǒng)中鳞尔，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)早直，long型變量會占據(jù)8個字節(jié)寥假，每個對象需要占用8個字節(jié)。

深堆（Retained Heap）的概念略微復(fù)雜霞扬。要理解深堆昧旨，首先需要了解保留集（Retained? Set）。對象A的保留集指當(dāng)對象A被垃圾回收后祥得，可以被釋放的所有對象集合（包括對象A本身）兔沃，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嗤瞎。通俗地說户辱，就是指僅被對象A所持有的對象的集合楣富。深堆是指對象的保留集中所有的對象的淺堆大小之和罚斗。