1.什么是JVM
JVM是Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。
java虚拟机是一个可执行java字节码的虚拟机进程，java源文件能被编译成jav字节码文件。而java语言的最大特点就是平台无关性，这是靠jvm实现的，在java中，有java程序，虚拟机、操作系统三个层次，其中java程序与虚拟机交互，而虚拟机则与操作系统交互，这保证了java程序的平台无关性
JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使Java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。JVM在执行字节码时，实际上最终还是把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。
而区分几个概念：
- jvm：java虚拟机，上面已经解释了，其主要作用是通过class loader来加载java程序，并且按照java api来执行加载程序
- jre：这是java的运行时环境，其中jvm是jre的一部分，也就是我们说的JAVA平台，所有的Java程序都要在JRE下才能运行。包括JVM和JAVA核心类库和支持文件。与JDK相比，它不包含开发工具——编译器、调试器和其它工具。jre是由java API和jvm组成
- jdk： Java Development ToolKit(Java开发工具包)。JDK是整个JAVA的核心，包括了Java运行环境（Java Runtime Envirnment），一堆Java工具（javac/java/jdb等）和Java基础的类库（即Java API 包括rt.jar）
2.java平台逻辑图 
3.jvm执行程序的过程（也是jvm做的最主要三件事）
- 加载class文件
- 管理分配内存
- 执行垃圾回收机制
4.jvm的类加载机制
JVM把class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成JVM可以直接使用的Java类型的过程就是加载机制。
类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的生命周期包括了：加载(Loading)、验证(Verification)、准备(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using)、卸载(Unloading)七个阶段，其中验证、准备、解析三个部分统称链接。 
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加载
- 通过“类全名”来获取定义此类的二进制字节流
- 将字节流所代表的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构
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在java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这些数据的访问入口
通过类加载器来加载，类加载器有三种（按照双亲委托机制）：
a. boostarp classloader：启动类加载器，负责加载jdk中的核心类库
b. extension classloader：扩展类加载器，负责加载java的扩展库类
c. app classloader：系统类加载器，负责加载应用程序目录下的jar和class文件
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验证（ 确保class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身安全）
- 文件格式验证： 验证class文件格式规范，例如： class文件是否已魔术0xCAFEBABE开头 ， 主、次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内等
- 元数据验证： 这个阶段是对字节码描述的信息进行语义分析，以保证起描述的信息符合java语言规范要求
- 字节码验证： 这个阶段对类的方法体进行校验分析，这个阶段的任务是保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的行为。如：保证访法体中的类型转换有效，例如可以把一个子类对象赋值给父类数据类型，这是安全的
- 符号引用验证： 符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类、符号引用类中的类，字段和方法的访问性(private、protected、public、default)是否可被当前类访问。
- 准备
准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配。这个阶段中有两个容易产生混淆的知识点，首先是这时候进行内存分配的仅包括类变量(static 修饰的变量),而不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在java堆中。其次是这里所说的初始值“通常情况”下是数据类型的零值，假设一个类变量定义为:
public static int value = 12;
那么变量value在准备阶段过后的初始值为0而不是12，因为这时候尚未开始执行任何java方法，而把value赋值为123的putstatic指令是程序被编译后，存放于类构造器()方法之中，所以把value赋值为12的动作将在初始化阶段才会被执行。
上面所说的“通常情况”下初始值是零值，那相对于一些特殊的情况，如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，那在准备阶段变量value就会被初始化为ConstantValue属性所指定的值，建设上面类变量value定义为：
public static final int value = 123;
编译时javac将会为value生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机就会根据ConstantValue的设置将value设置为123。 - 解析
解析阶段是虚拟机常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。 - 初始化
类的初始化阶段是类加载过程的最后一步，在准备阶段，类变量已赋过一次系统要求的初始值，而在初始化阶段，则是根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源，或者可以从另外一个角度来表达：初始化阶段是执行类构造器()方法的过程。在以下四种情况下初始化过程会被触发执行：- 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需先触发其初始化。生成这4条指令的最常见的java代码场景是：使用new关键字实例化对象、读取或设置一个类的静态字段(被final修饰、已在编译器把结果放入常量池的静态字段除外)的时候，以及调用类的静态方法的时候。
- 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候
- 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化、则需要先出发其父类的初始化
- jvm启动时，用户指定一个执行的主类(包含main方法的那个类)，虚拟机会先初始化这个类
在上面准备阶段 public static int value = 12; 在准备阶段完成后 value的值为0，而在初始化阶调用了类构造器()方法，这个阶段完成后value的值为12。
5.JVM的内存模型 
在jvm中内存主要分为堆和非堆内存， 堆是运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配。堆是在 Java 虚拟机启动时创建的。”“在JVM中堆之外的内存称为非堆内存(Non-heap memory)”。可以看出JVM主要管理两种类型的内存：堆和非堆。简单来说堆就是Java代码可及的内存，是留给开发人员使用的；非堆就是JVM留给 自己用的，所以方法区、JVM内部处理或优化所需的内存(如JIT编译后的代码缓存)、每个类结构(如运行时常数池、字段和方法数据)以及方法和构造方法 的代码都在非堆内存中。
而主要的运行时数据区分为下面五部分：
- 方法区
这块区域被称为持久代，PermanetGeneration，这块区域中存放锁加载的类的信息、类中的静态变量、常量等，同时这块区域的信息是全局共享的，在一定条件下也会被GC,当这部分区域的内存超过允许大小时，会抛出outofmemory的错误信息。默认最小值为16MB，最大值为64MB，可以通过-XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 参数限制方法区的大小。
运行时常量池： 是方法区的一部分，Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池，用于存放编译器生成的各种符号引用，这部分内容将在类加载后放到方法区的运行时常量池中。
- 虚拟机栈
JVM栈是线程私有的，每个线程创建的同时会创建JVM栈，主要存放局部基本类型，部分返回结果等，而非基本类型的对象在栈上进村放一个指向对的地址
- 本地方法栈
与虚拟机栈基本类似，区别在于虚拟机栈为虚拟机执行的java方法服务，而本地方法栈则是为Native方法服务。
- 堆
也叫做java 堆、GC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，在JVM启动时创建。该内存区域存放了对象实例及数组(所有new的对象)。其大小通过-Xms(最小值)和-Xmx(最大值)参数设置，-Xms为JVM启动时申请的最小内存，默认为操作系统物理内存的1/64但小于1G，-Xmx为JVM可申请的最大内存
由于现在收集器都是采用分代收集算法，堆被划分为新生代和老年代。新生代主要存储新创建的对象和尚未进入老年代的对象。老年代存储经过多次新生代GC(Minor GC)任然存活的对象。
- 新生代（young generation ）：所有新创建的object都储存在新生代young generation中
- 老年代（old generation ）：young generation的数据在一次或多次gc后存活下来，则会转移到old generation中
- Eden space：新的object创建都在Eden space中
- 程序计数器
是最小的一块内存区域，用于存储下一条需要执行的字节码指令， 在虚拟机的模型里，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、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖计数器完成。
6.jvm的垃圾收集器（有七种垃圾收集器） 
上面有7中收集器，分为两块，上面为新生代收集器，下面是老年代收集器。如果两个收集器之间存在连线，就说明它们可以搭配使用。
Serial(串行GC)收集器
Serial收集器是一个新生代收集器，单线程执行，使用复制算法。它在进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程(用户线程)。是Jvm client模式下默认的新生代收集器。对于限定单个CPU的环境来说，Serial收集器由于没有线程交互的开销，专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程收集效率。
ParNew(并行GC)收集器
ParNew收集器其实就是serial收集器的多线程版本，除了使用多条线程进行垃圾收集之外，其余行为与Serial收集器一样。
Parallel Scavenge(并行回收GC)收集器
Parallel Scavenge收集器也是一个新生代收集器，它也是使用复制算法的收集器，又是并行多线程收集器。parallel Scavenge收集器的特点是它的关注点与其他收集器不同，CMS等收集器的关注点是尽可能地缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间，而parallel Scavenge收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量。吞吐量= 程序运行时间/(程序运行时间 + 垃圾收集时间)，虚拟机总共运行了100分钟。其中垃圾收集花掉1分钟，那吞吐量就是99%。
Serial Old(串行GC)收集器
Serial Old是Serial收集器的老年代版本，它同样使用一个单线程执行收集，使用“标记-整理”算法。主要使用在Client模式下的虚拟机。
Parallel Old(并行GC)收集器
Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记-整理”算法。
CMS(并发GC)收集器
CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。
整个收集过程大致分为4个步骤：
①.初始标记(CMS initial mark)： 标记出GC ROOTS能直接关联到的对象，速度很快
②.并发标记(CMS concurrenr mark)：并发标记阶段是进行GC ROOTS 根搜索算法阶段，会判定对象是否存活
③.重新标记(CMS remark)： 是为了修正并发标记期间，因用户程序继续运行而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，这个阶段的停顿时间会比初始标记阶段稍长，但比并发标记阶段要短。
④.并发清除(CMS concurrent sweep)：清楚被标记的对象
由于整个过程中耗时最长的并发标记和并发清除过程中，收集器线程都可以与用户线程一起工作，所以整体来说，CMS收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发执行的。
G1收集器
G1(Garbage First)收集器是JDK1.7提供的一个新收集器，G1收集器基于“标记-整理”算法实现，也就是说不会产生内存碎片。还有一个特点之前的收集器进行收集的范围都是整个新生代或老年代，而G1将整个Java堆(包括新生代，老年代)。
新生代GC(Minor GC)：指发生在新生代的垃圾收集动作，因为对象大多都具备朝生夕灭特性，所以Minor GC非常频繁，回收速度也比较快。
老年代GC(Major GC / Full GC)：指发生在老年代中的GC，出现Major GC后，经常会伴随至少一次的 Minor GC。Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上。
垃圾回收器什么时候开始回收：
- 当年轻代内存满时，会引发一次普通GC，该GC仅回收年轻代。需要强调的时，年轻代满是指Eden代满
- 当年老代满时会引发Full GC，Full GC将会同时回收年轻代、年老代
- 当永久代满时也会引发Full GC，会导致Class、Method元信息的卸载
7.对象的内存分配与回收
- 创建对象： 对象优先在新生代Eden区域中分配。当Eden内存区域没有足够的空间进行分配时，虚拟机将触发一次 Minor GC(新生代GC)。Minor GC期间虚拟机将Eden区域的对象移动到其中一块Survivor区域。
- 内存过大的对象直接进入老年代： 所谓大对象是指需要大量连续空间的对象。虚拟机提供了一个XX:PretenureSizeThreshold参数，令大于这个值的对象直接在老年代中分配。
- 长期存活的对象进入老年代： 虚拟机为每个对象定义了一个对象年龄Age，每经过一次新生代GC后任然存活，将对象的年龄Age增加1岁，当年龄到一定程度（默认为15）时，将会被晋升到老年代中，对象晋升老年代的年龄限定值，可通过-XX:MaxTenuringThreshold来设置。