1.什么是JVM
JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一个虚构出来的计算机，有着自己完善的硬件架构，如处理器、堆栈等。
2.为什么需要JVM？
Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。
Java文件必须先通过一个叫javac的编译器，将代码编译成class文件，然后通过JVM把class文件解释成各个平台可以识别的机器码，最终实现跨平台运行代码。
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3.JVM内存模型
JVM内存模型可以分为两个部分，如下图所示，堆和方法区是所有线程共有的，而虚拟机栈，本地方法栈和程序计数器则是线程私有的。
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在JVM1.8中，图中的 方法区为元数据区，下面展开谈一谈这五个区域的作用。
3.1 堆（Heap）
在 Java 中，堆被划分成两个不同的区域：新生代 ( Young )、老年代 ( Old )，新生代 ( Young ) 又被划分为三个区域：Eden、From Survivor、To Survivor。
下图中的Perm代表的是永久代，但是注意永久代并不属于堆内存中的一部分，同时jdk1.8之后永久代也将被移除。
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堆是java虚拟机所管理的内存中最大的一块内存区域，也是被各个线程共享的内存区域，该内存区域存放了对象实例及数组（但不是所有的对象实例都在堆中）。
其大小通过-Xms(最小值)和-Xmx(最大值)参数设置（最大最小值都要小于1G），前者为启动时申请的最小内存，默认为操作系统物理内存的1/64，后者为JVM可申请的最大内存,默认为物理内存的1/4，默认当空余堆内存小于40%时，JVM会增大堆内存到-Xmx指定的大小，可通过-XX:MinHeapFreeRation=来指定这个比列。
当空余堆内存大于70%时，JVM会减小堆内存的大小到-Xms指定的大小，可通过XX:MaxHeapFreeRation=来指定这个比列，当然为了避免在运行时频繁调整Heap的大小，通常-Xms与-Xmx的值设成一样。堆内存 = 新生代+老生代+持久代。
在我们垃圾回收的时候，我们往往将堆内存分成新生代和老生代（大小比例1：2），新生代中由Eden和Survivor0，Survivor1组成，三者的比例是8：1：1，新生代的回收机制采用复制算法，在Minor GC的时候，我们都留一个存活区用来存放存活的对象，真正进行的区域是Eden+其中一个存活区，当我们的对象时长超过一定年龄时（默认15，可以通过参数设置），将会把对象放入老生代，当然大的对象会直接进入老生代，老生代采用的回收算法是标记整理算法。
3.2 方法区（Method Area）
其实方法区是在JDK1.8以前的版本里存在的一块内存区域，主要就是存放从class文件里加载进来的类的，而且常量池也是在这块区域内的。
但是在JDK1.8之后，这块区域摇身一变，换了名字，叫做“Metaspace”，翻译过来就是“元数据空间”的意思，当然它只是改了个名，实现的功能是没变的。
方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据。
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1.类型信息
对每个加载的类型（类class、接口interface、枚举enum、注解annotation),JVM必须在方法区中存储以下类型信息:
①这个类型的完整有效名称（全名=包名.类名)
②这个类型直接父类的完整有效名(对于interface或是java.lang.0bject，都没有父类)
③这个类型的修饰符(public, abstract,final的某个子集)
④这个类型直接接口的一个有序列表
2.域信息(Field)成员变量
JVM必须在方法区中保存类型的所有域的相关信息以及域的声明顺序。
域的相关信息包括:域名称、域类型、域修饰符(public, private,protected,static,final, volatile, transient的某个子集)
3.方法(Method)信息
JVM必须保存所有方法的以下信息，同域信息一样包括声明顺序:
- 方法名称
- 方法的返回类型(或void)·方法参数的数量和类型(按顺序)
- 方法的修饰符(public, private,protected,static, final,synchronized,native,abstract的一个子集)
- 方法的字节码(bytecodes)、操作数栈、局部变量表及大小(abstract和native方法除外)
3.3 虚拟机栈(JVM Stack)
虚拟机栈（Java Virtual Machine Stack），早期也叫Java栈，每个线程在创建时都会创建一个虚拟机栈，其内部保存一个个的栈帧（Stack Frame），对应着一次次的Java方法调用。
虚拟机栈的作用：主管Java程序的运行，它保存方法的局部变量、部分结果，并参与方法的调用和返回。
每个方法被执行的时候都会创建一个”栈帧”,用于存储局部变量表(包括参数)、操作栈、方法出口等信息。
每个方法被调用到执行完的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
栈帧（Stack Frame） 是用于虚拟机执行时方法调用和方法执行时的数据结构，它是虚拟栈的基本元素，栈帧由局部变量区、操作数栈等组成，如下图所示：
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每一个方法从调用到方法返回都对应着一个栈帧入栈出栈的过程。最顶部的栈帧称为当前栈帧，栈帧所关联的方法称为当前方法，定义这个方法的类称为当前类，该线程中，虚拟机有且也只会对当前栈帧进行操作。
栈帧的作用有存储数据，部分过程结果，处理动态链接，方法返回值和异常分派。
每一个栈帧包含的内容有局部变量表、操作数栈、动态链接、方法返回地址和一些额外的附加信息。在编译代码时，栈帧需要多大的局部变量表，多深的操作数栈都可以完全确定的，并写入到方法表的code属性中。
3.4 本地方法栈(Native Stack)
本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java 方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native 方法服务。
虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。
甚至有的虚拟机（譬如Sun HotSpot 虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError 和OutOfMemoryError异常。
3.5 程序计数器（PC Register）
在JVM的概念模型里，字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令。
分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
JVM的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，为了各条线程之间的切换后计数器能恢复到正确的执行位置，所以每条线程都会有一个独立的程序计数器。
当线程正在执行一个Java方法，程序计数器记录的是正在执行的JVM字节码指令的地址；如果正在执行的是一个Natvie（本地方法），那么这个计数器的值则为空（Underfined）。
程序计数器占用的内存空间很少，也是唯一一个在JVM规范中没有规定任何OutOfMemoryError（内存不足错误）的区域。
4. JVM内存模型小结
本篇介绍了JVM虚拟机中运行时数据区的五个内存区域：堆、方法区、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。
这些地方也是我们平时开发中最常接触到的地方，所以对其有所掌握了解还是很有必要的，也有助于JVM问题排查。
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区分上述的JVM内存模型，接下来看下Java内存模型概述：
5. Java内存模型（JMM）
Java内存模型(即Java Memory Model，简称JMM)本身是一种抽象的概念，并不真实存在，它描述的是一组规则或规范，通过这组规范定义了程序中各个变量（包括实例字段，静态字段和构成数组对象的元素）的访问方式。由于JVM运行程序的实体是线程，而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存(有些地方称为栈空间)，用于存储线程私有的数据，而Java内存模型中规定所有变量都存储在主内存，主内存是共享内存区域，所有线程都可以访问，但线程对变量的操作(读取赋值等)必须在工作内存中进行，首先要将变量从主内存拷贝的自己的工作内存空间，然后对变量进行操作，操作完成后再将变量写回主内存，不能直接操作主内存中的变量，工作内存中存储着主内存中的变量副本拷贝，前面说过，工作内存是每个线程的私有数据区域，因此不同的线程间无法访问对方的工作内存，线程间的通信(传值)必须通过主内存来完成，其简要访问过程如下图
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需要注意的是，JMM与Java内存区域的划分是不同的概念层次，更恰当说JMM描述的是一组规则，通过这组规则控制程序中各个变量在共享数据区域和私有数据区域的访问方式，JMM是围绕原子性，有序性、可见性展开的(稍后会分析)。JMM与Java内存区域唯一相似点，都存在共享数据区域和私有数据区域，在JMM中主内存属于共享数据区域，从某个程度上讲应该包括了堆和方法区，而工作内存数据线程私有数据区域，从某个程度上讲则应该包括程序计数器、虚拟机栈以及本地方法栈。或许在某些地方，我们可能会看见主内存被描述为堆内存，工作内存被称为线程栈，实际上他们表达的都是同一个含义。关于JMM中的主内存和工作内存说明如下
主内存
主要存储的是Java实例对象，所有线程创建的实例对象都存放在主内存中，它包括了实例变量、静态变量和构成数组对象的元素，当然也包括了共享的类信息、常量。但是不包含局部变量与方法参数，由于是共享数据区域，多条线程对同一个变量进行访问可能会发现线程安全问题。
工作内存
主要存储当前方法的所有本地变量信息(工作内存中存储着主内存中的变量副本拷贝)，每个线程只能访问自己的工作内存，即线程中的本地变量对其它线程是不可见的，就算是两个线程执行的是同一段代码，它们也会各自在自己的工作内存中创建属于当前线程的本地变量，当然也包括了字节码行号指示器、相关Native方法的信息。注意由于工作内存是每个线程的私有数据，线程间无法相互访问工作内存，因此存储在工作内存的数据不存在线程安全问题。
弄清楚主内存和工作内存后，接了解一下主内存与工作内存的数据存储类型以及操作方式，根据虚拟机规范，对于一个实例对象中的成员方法而言，如果方法中包含本地变量是基本数据类型（boolean,byte,short,char,int,long,float,double），将直接存储在工作内存的帧栈结构中，但倘若本地变量是引用类型，那么该变量的引用会存储在功能内存的帧栈中，而对象实例将存储在主内存(共享数据区域，堆)中。但对于实例对象的成员变量，不管它是基本数据类型或者包装类型(Integer、Double等)还是引用类型，都会被存储到主内存。至于static变量以及类本身相关信息将会存储在主内存中。需要注意的是，在主内存中的实例对象可以被多线程共享，倘若两个线程同时调用了同一个对象的同一个方法，那么两条线程会将要操作的数据拷贝一份到自己的工作内存中，执行完成操作后才刷新到主内存，简单示意图如下所示：
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参考：
https://www.cnblogs.com/mikechenshare/p/16562589.html
https://blog.csdn.net/bbj12345678/article/details/120303136
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