从Java平台的逻辑结构上来看，我们可以从下图来了解JVM：
从上图能清晰看到Java平台包含的各个逻辑模块，也能了解到JDK与JRE的区别
对于JVM自身的物理结构，我们可以从下图鸟瞰一下：
对于JVM的学习，在我看来这么几个部分最重要：
- Java代码编译和执行的整个过程
- JVM内存管理及垃圾回收机制
下面将这两个部分进行详细学习
Java代码编译是由Java源码编译器来完成，流程图如下所示：
Java字节码的执行是由JVM执行引擎来完成，流程图如下所示：
Java代码编译和执行的整个过程包含了以下三个重要的机制：
- Java源码编译机制
- 类加载机制
- 类执行机制
Java源码编译机制
Java 源码编译由以下三个过程组成：
- 分析和输入到符号表
- 注解处理
- 语义分析和生成class文件
流程图如下所示：
最后生成的class文件由以下部分组成：
- 结构信息。包括class文件格式版本号及各部分的数量与大小的信息
- 元数据。对应于Java源码中声明与常量的信息。包含类/继承的超类/实现的接口的声明信息、域与方法声明信息和常量池
- 方法信息。对应Java源码中语句和表达式对应的信息。包含字节码、异常处理器表、求值栈与局部变量区大小、求值栈的类型记录、调试符号信息
类加载机制
JVM的类加载是通过ClassLoader及其子类来完成的，类的层次关系和加载顺序可以由下图来描述：
1）Bootstrap ClassLoader
负责加载$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class，由C++实现，不是ClassLoader子类
2）Extension ClassLoader
负责加载java平台中扩展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包
3）App ClassLoader
负责记载classpath中指定的jar包及目录中class
4）Custom ClassLoader
属于应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader，如tomcat、jboss都会根据j2ee规范自行实现ClassLoader
加载过程中会先检查类是否被已加载，检查顺序是自底向上，从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查，只要某个classloader已加载就视为已加载此类，保证此类只所有ClassLoader加载一次。而加载的顺序是自顶向下，也就是由上层来逐层尝试加载此类。
类执行机制
JVM是基于栈的体系结构来执行class字节码的。线程创建后，都会产生程序计数器（PC）和栈（Stack），程序计数器存放下一条要执行的指令在方法内的偏移量，栈中存放一个个栈帧，每个栈帧对应着每个方法的每次调用，而栈帧又是有局部变量区和操作数栈两部分组成，局部变量区用于存放方法中的局部变量和参数，操作数栈中用于存放方法执行过程中产生的中间结果。栈的结构如下图所示：
JVM内存组成结构
JVM栈由堆、栈、本地方法栈、方法区等部分组成，结构图如下所示：
1）堆
所有通过new创建的对象的内存都在堆中分配，其大小可以通过-Xmx和-Xms来控制。堆被划分为新生代和旧生代，新生代又被进一步划分为Eden和Survivor区，最后Survivor由From Space和To Space组成，结构图如下所示：
- 新生代。新建的对象都是用新生代分配内存，Eden空间不足的时候，会把存活的对象转移到Survivor中，新生代大小可以由-Xmn来控制，也可以用-XX:SurvivorRatio来控制Eden和Survivor的比例
- 旧生代。用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象
2）栈
每个线程执行每个方法的时候都会在栈中申请一个栈帧，每个栈帧包括局部变量区和操作数栈，用于存放此次方法调用过程中的临时变量、参数和中间结果
3）本地方法栈
用于支持native方法的执行，存储了每个native方法调用的状态
4）方法区
存放了要加载的类信息、静态变量、final类型的常量、属性和方法信息。JVM用持久代（Permanet Generation）来存放方法区，可通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来指定最小值和最大值
垃圾回收机制
JVM分别对新生代和旧生代采用不同的垃圾回收机制
新生代的GC：
新生代通常存活时间较短，因此基于Copying算法来进行回收，所谓Copying算法就是扫描出存活的对象，并复制到一块新的完全未使用的空间中，对应于新生代，就是在Eden和From Space或To Space之间copy。新生代采用空闲指针的方式来控制GC触发，指针保持最后一个分配的对象在新生代区间的位置，当有新的对象要分配内存时，用于检查空间是否足够，不够就触发GC。当连续分配对象时，对象会逐渐从eden到survivor，最后到旧生代，
用java visualVM来查看，能明显观察到新生代满了后，会把对象转移到旧生代，然后清空继续装载，当旧生代也满了后，就会报outofmemory的异常，如下图所示：
在执行机制上JVM提供了串行GC（Serial GC）、并行回收GC（Parallel Scavenge）和并行GC（ParNew）
1）串行GC
在整个扫描和复制过程采用单线程的方式来进行，适用于单CPU、新生代空间较小及对暂停时间要求不是非常高的应用上，是client级别默认的GC方式，可以通过-XX:+UseSerialGC来强制指定
2）并行回收GC
在整个扫描和复制过程采用多线程的方式来进行，适用于多CPU、对暂停时间要求较短的应用上，是server级别默认采用的GC方式，可用-XX:+UseParallelGC来强制指定，用-XX:ParallelGCThreads=4来指定线程数
3）并行GC
与旧生代的并发GC配合使用
旧生代的GC：
旧生代与新生代不同，对象存活的时间比较长，比较稳定，因此采用标记（Mark）算法来进行回收，所谓标记就是扫描出存活的对象，然后再进行回收未被标记的对象，回收后对用空出的空间要么进行合并，要么标记出来便于下次进行分配，总之就是要减少内存碎片带来的效率损耗。在执行机制上JVM提供了串行GC（Serial MSC）、并行GC（parallel MSC）和并发GC（CMS），具体算法细节还有待进一步深入研究。
以上各种GC机制是需要组合使用的，指定方式由下表所示：
指定方式 |
新生代GC方式 |
旧生代GC方式 |
-XX:+UseSerialGC |
串行GC |
串行GC |
-XX:+UseParallelGC |
并行回收GC |
并行GC |
-XX:+UseConeMarkSweepGC |
并行GC |
并发GC |
-XX:+UseParNewGC |
并行GC |
串行GC |
-XX:+UseParallelOldGC |
并行回收GC |
并行GC |
|
-XX:+ UseConeMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC |
串行GC |
并发GC |
不支持的组合 |
1、-XX:+UseParNewGC -XX:+UseParallelOldGC 2、-XX:+UseParNewGC -XX:+UseSerialGC |
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