一、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。

1.1 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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1.2 JVM内存模型

JVM内存模型可以分为两个部分，如下图所示，其中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 改为了 元数据区 ，下面展开谈一谈这五个区域的作用。

1.3 堆（Heap）

在 Java1.8 前，堆内存 = 新生代+老生代+持久代。
在 Java1.8 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之后持久代被移除，原来迁移至持久代的数据保存至 元数据区 。
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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）。

堆大小通过-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。

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。

1.4 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（ 绝对或相对静态数据 ）。

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1.类型信息
对每个加载的类（类class、接口interface、枚举enum、注解annotation),JVM必须在方法区中存储以下类信息:
① 这个类的完整有效名称（全名=包名.类名)
② 这个类直接父类的完整有效名(对于interface或是java.lang.0bject，都没有父类)
③ 这个类的修饰符(public, abstract,final的某个子集)
④ 这个类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:
① 方法名称
② 方法的返回类型(或void)·方法参数的数量和类型(按顺序)
③ 方法的修饰符(public,private,protected,static,final,synchronized,native,abstract的一个子集)
④ 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)

1.5 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。