何为JVM

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种能够运行java字节码的虚拟机。作为一种编程语言的虚拟机，实际上 不只是专用于Java语言，只要生成的编译文件匹配JVM对加载编译文件格式要求，任何语言都可以由JVM编译运行。比如kotlin、scala等。

体系结构

JVM由类加载子系统、运行时数据区（内存结构）、执行引擎三个主要的子系统构成，具体如下图：

类加载机制

虚拟机把class文件加载至内存之后，对字节码数据进行校验/解析/初始化等操作，最终形成可被VM直接使用的java类型，这就是虚拟机类加载机制。

3.1 类的生命周期

类生命周期过程大概分为：加载–>校验–>准备–>解析–>初始化–>使用–>卸载；类在被“使用”之前必须进行前5个阶段，其中初始化工作可以被延迟进行，直到类需要创建实例static方法或属性被调用(非编译常量)/反射机制中使用类的成员(Member)时被触发。具体过程如下图：

3.2 类加载器的种类

类加载器负责加载所有的类，其为所有被载入内存中的类生成一个java.lang.Class实例对象。JVM预定义有三种类加载器，当一个 JVM启动的时候，Java开始使用如下三种类加载器：

启动类加载器(Bootstrap ClassLoader) ：负责加载JRE的核心类库，如JRE目标下的rt.jar，charsets.jar等；

扩展类加载器(Extension ClassLoader)：负责加载JRE扩展目录ext中jar类包；

系统类加载器(Application ClassLoader)：负责加载ClassPath路径下的类包；

自定义类加载器(Custom ClassLoader)：用户可以自定义类加载器，用以加载用户自定义路径下的类包，spring-boot的热加载（devTools）工具，正是用自定义类加载器通过打破全盘委托和双亲委派机制来实现的。

3.3 加载机制

3.3.1 全盘负责委托机制

当一个ClassLoader加载一个类的时候，除非显示使用另一个ClassLoader，该类所依赖和引用的类也由这个 ClassLoader载入。

3.3.2 双亲委派机制

指先委托父类加载器寻找目标类，在找不到的情况下载自己的路径中查找并载入目标类。值得一提的是：这里的父加载器并不是使用传统的exend关键字来实现的，而是通过parent属性调用来实现的。

 双亲委派模式的优势

沙箱安全机制：比如自己写的String.class类不会被加载，这样可以防止核心库被随意篡改。

避免类的重复加载：当父ClassLoader已经加载了该类的时候，就不需要子ClassLoader再加载一次。

运行时数据区

4.1 方法区（Method Area）

类的所有字段和方法字节码，以及一些特殊方法如构造函数、接口代码也在这里定义。简单来说，所有定义的方法的信息都保存在该区域，静态变量+常量+类信息（构造方法/接口定义）+运行时常量池都存在方法区中，虽然JVM规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是为了和Java的堆区分开(jdk1.8以前hotspot虚拟机叫永久代、持久代，jdk1.8之后叫元空间)。

4.2 堆（Heap）

JVM启动时自动分配创建用于存放对象的实例，几乎所有对象都在堆上分配内存，当对象无法在该空间申请到内存时将抛出OutOfMemoryError异常。同时堆也是垃圾收集器管理的主要区域。具体内存分配及回收过程参考下图：

4.2.1 新生代（Young Generation）

这是类出生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生、应用，之后被垃圾回收器收集，结束生命。

新生代分为两部分：伊甸区（Eden space）和幸存者区（Survivor space），所有的类都是在伊甸区被new出来的。幸存区又分为From和To区。当Eden区的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将Eden区进行垃圾回收（Minor GC），将Eden区中的不再被其它对象应用的对象进行销毁。然后将Eden区中剩余的对象移到From Survivor区。若From Survivor区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到To Survivor区。

4.2.2 老年代（Old Generation）

新生代经过多次GC仍然存货的对象移动到老年区。若老年代也满了，这时候将发生Major GC（也可以叫Full GC），进行老年区的内存清理。若老年区执行了Full GC之后发现依然无法进行对象的保存，就会抛出 OOM（OutOfMemoryError）异常。

4.2.3 元空间（Meta Space）

在JDK1.8之后，元空间替代了永久代，它是对JVM规范中方法区的实现，区别在于元数据区不在虚拟机当中，而是用的本地内存，永久代在虚拟机当中，永久代逻辑结构上也属于堆，但是物理上不属于。

为何移除了永久代？

参考官方解释http://openjdk.java.net/jeps/122。大概意思是移除永久代是为融合HotSpot与JRockit而做出的努力，因为JRockit没有永久代，不需要配置永久代。

4.3 栈(Stack)

Java线程执行方法的内存模型，一个线程对应一个栈，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息）不存在垃圾回收问题，只要线程一结束该栈就释放，生命周期和线程一致。

4.4 本地方法栈(Native Method Stack)

和栈作用很相似，区别不过是Java栈为JVM执行Java方法服务，而本地方法栈为JVM执行native方法服务。登记native方法，在Execution Engine执行时加载本地方法库。

4.5 程序计数器(Program Counter Register)

就是一个指针，指向方法区中的方法字节码（用来存储指向吓一跳指令的地址，也即将要执行的指令代码），由执行引擎读取下一条指令，是一个非常小的内存空间，几乎可以忽略不计。

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