走进JVM，浅水也能捉鱼!

当jvm运行起来的时候，它会向系统申请一片内存区（不同的jvm实现可能不同，有些可以使用虚拟内存），将这块内存分出一部分存储许多东西，例如：程序 创建的对象，传递给方法的参数，返回值，局部变量等等，我们将这块内存称之为“运行时数据区”， 运行时数据区可以划分成方法区、堆、java栈、pc寄存器、本地方法栈。
看到上面这幅图，和这些解说你可能大概的明白jvm 体系是个啥样子，但是你或许还不了解运行时数据区里面方法区等用来干嘛的。

• 方法区：当虚拟机装载一个class文件的时候，它会从这个class文件包含的二进制数据中解析类型信息。然这些类型信息放到方法区中。因为方 法区是被所有线程共享的，所以必须考虑数据的线程安全。假如两个线程都在试图找lava的类，在lava类还没有被加载的情况下，只应该有一个线程去加 载，而另一个线程等待。
• Pc寄存器：每个新线程产生都将得到自己的pc寄存器以及一个java栈帧。
• 堆：存放程序运行时产生的所有对象。堆是一个线程共享的内存区，所以我们写多线程程序的时候需要考虑并发。
• Java栈：java栈由许多栈帧组成的，如图，当一个线程调用java方法时，虚拟机压入一个新的栈帧到java栈中，当方法返回的时候，这个栈帧被从java栈弹出并被抛弃。

那么现在你应该可以想象到一些jvm是怎么工作的了，是不是应该接着讲具体工作原理了呢？。但是不急，先了解下类的装载机制。
了解类的装载机制之前先了解jvm里面的类装载器：Bootstrap Loader、ExtClassLoader 、AppClassLoader；
ExtClassLoader （负责装载jre下面的rt.jar, charsets.jar）和AppClassLoader(负责转载classpath下面的类包)是ClassLoader（抽象类）的子类；
Bootstrap Loader（负责装载jre核心类库）是根装载器是c/c++写的在java里面看不到它。
这三个类装载器存在父子关系， 根装载器是 ExtClassLoader父装载器，ExtClassLoader是AppClassLoader父装载器；
Jvm中类的装载也是安全机制沙箱模型的第一道门槛。 Java装载类使用“双亲委派模式”—即全盘负责委托机制。
好现在让我们了解装载大概流程；
当装载一个类的时候，若是由用户指定一个类装载器装载的话，那么那个类装载器会先委派给父类装载器，一直委派到根装载器，如果装载的是一个 java.lang.String，由于它是核心类库的而且已经被装载过了，那么就会直接返回一个class对象，那么如果是一个根装载器找不到的类呢？ 接着就会交给子类（下一级父类）装载器，如果还是没有找到类文件，接着就会由之前用户指定的那个类装载器装载。（这里没有说明装载超类的过程，请勿疏 忽）。
如果是有人恶意的写了一个基础类java.lang.String，那么会影响虚拟机吗？ 不会因为这个类最终会交由根装载器装载，而根装载器只会去jre核心类库加载，最终返回的class类型并不是 用户写的String，而且系统自带的String，也就是说用户写String永远不会被加载。
了解了类装载器是怎么工作了之后，我们也需要了解下class文件格式；
The ClassFile Structure
ClassFile{
u4 magic; //魔数
u2 minor_version; //class 次版本号
u2 major_version; //class 主版本号
u2 constant_pool_count; //常量池计数
cp_info constant_pool[constant_pool_count-1]; //常量池
u2 access_flags; //修饰符
u2 this_class; /常量池索引
u2 interfaces_count;
u2 interfaces[interfaces_count];
u2 fields_count;
field_info fields[fields_count];
u2 methods_count;
method_info methods[methods_count];
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attrributes_count];
}

我们需要了解的有很多，但是我们难以理解的就是 cp_info constant_pool 常量池；
一个常量池里面有很多表

CONSTANT_Utf8 UTF-8编码的Unicode字符串
CONSTANT_Integer int类型的字面值
CONSTANT_Float float类型的字面值
CONSTANT_Long long类型的字面值
CONSTANT_Double double类型的字面值
CONSTANT_Class 对一个类或接口的符号引用
CONSTANT_String String类型字面值的引用
CONSTANT_Fieldref 对一个字段的符号引用
CONSTANT_Methodref 对一个类中方法的符号引用
CONSTANT_InterfaceMethodref 对一个接口中方法的符号引用
CONSTANT_NameAndType 对一个字段或方法的部分符号引用

这些表结构我也不解释了
如果对class文件不够了解也没什么关系，知道个大概也行。那么我们了解了 jvm体系，类装载器工作流程，那么我们细看下 类装载器工作中 ，jvm运行时数据区的变化，方法区里面的结构等等。
在类装载的过程中， 每一个类装载器都会在方法区里面形成一张表，这张表记载着该装载器和对应的类的权限定名。没这么一张表就形成了jvm内部的命名空间。同时在方法区里面还该类的常量池等信息。
那么说到这些，其实这个过程还是很模糊，而且很多知识也落下了，那么我们现在看一个详细一点的装载过程。
当装载一个普通的类的时候，即调用类装载器的loadClass方法, 如果希望装载的类还没有被装载到命名空间，那么jvm会传递一个该类型的全限定名给类装载器，也就是常量池CONSTANT_Class_info（该表 存储着父类、类装载器等信息）入口的装载器，来试图装载被引用的类型，如果发起引用的类型是被jvm装载器定义的，那么由jvm类装载器装载，否则由用户 自定义装载器装载，那么一旦被引用的类型被装载了，jvm仔细检查它的二进制数据，如果类是是一个类，并且不是java.lang.Object。 jvm根据数据得到它的全限定名进行装载（递归的应用了）这个过程还需要递归超接口。

装载差不多讲完了，一个完整的过程 是： 装载—连接---初始化
那么连接和初始化就一带而过了， 重点放在垃圾回收。
连接的过程主要是验证（确认类型符合java语言的语义，并且它不会危及虚拟机的完整性）、准备（java 虚拟机为类变量分配内存，设计默认初始值）、解析（在类型的常量池中寻找类、接口、字段和方法的符合引用，把这些符号引用替换成直接引用的过程）。
初始化的时候，如果类存在直接超类，且超类还没有被初始化，就先初始化直接超类。初始化接口并不需要初始化它的父接口。
补充：
Jvm当运行某个方法的时候，先把这个方法压入java栈中，里面包含局部变量等信息，那么对象放入哪里呢？ 压入栈的是对象的引用， 即变量， 所有的对象都存储在堆中。
为什么要把对象放入堆，把变量之类的数据放入栈呢？ 说白了，对象太大了，存入栈中运算麻烦。（当然标准的回答不是这样的，我这里仅仅是说明实质）

了解了这么一个过程之后，我们必然要了解垃圾回收机制了。
基本回收算法
1. 引用计数：比较古老的回收算法。原理是此对象有一个引用，即增加一个计数，删除一个引用则减少一个计数。垃圾回收时，只用收集计数为0的对象。此算法最致命的是无法处理循环引用的问题。
2. 标记-清除：此算法执行分两阶段。第一阶段从引用根节点开始标记所有被引用的对象，第二阶段遍历整个堆，把未标记的对象清除。此算法需要暂停整个应用，同时，会产生内存碎片。
3. 复制：此算法把内存空间划为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。垃圾回收时，遍历当前使用区域，把正在使用中的对象复制到另外一个区域中。次算法每 次只处理正在使用中的对象，因此复制成本比较小，同时复制过去以后还能进行相应的内存整理，不过出现“碎片”问题。当然，此算法的缺点也是很明显的，就是 需要两倍内存空间。
4. 标记-整理：此算法结合了“标记-清除”和“复制”两个算法的优点。也是分两阶段，第一阶段从根节点开始标记所有被引用对象，第二阶段遍历整个堆，把清除 未标记对象并且把存活对象“压缩”到堆的其中一块，按顺序排放。此算法避免了“标记-清除”的碎片问题，同时也避免了“复制”算法的空间问题。
5. 增量收集：实施垃圾回收算法，即：在应用进行的同时进行垃圾回收。
6. 分代：基于对对象生命周期分析后得出的垃圾回收算法。把对象分为年青代、年老代、持久代，对不同生命周期的对象使用不同的算法（上述方式中的一个）进行回收。

====================================分割线====================================

问：堆和栈有什么区别？
答：堆是存放对象的，但是对象内的临时变量是存在栈内存中，如例子中的methodVar是在运行期存放到栈中的。 栈是跟随线程的，有线程就有栈，堆是跟随JVM的，有JVM就有堆内存。

问： 堆内存中到底存在着什么东西？
答：对象，包括对象变量以及对象方法。

问：类变量和实例变量有什么区别？
答：静态变量是类变量，非静态变量是实例变量，直白的说，有 static修饰的变量是静态变量，没有 static修饰的变量是实例变量。静态变量存在方法区中，实例变量存在堆内存中。

问：Java 的方法（函数 函数函数 函数）到底是传值还是传址？
答：都不是，是以传值的方式传递地址，具体的说原生数据类型传递的值，引用类型传递的地址。对于原始数据类型， JVM的处理方法是从 Method Area或Heap中拷贝到 Stack，然后运行 frame中的方法，运行完毕后再把变量指拷贝回去。

问：为什么会产生OutOfMemory？
答：一句话：Heap 内存中没有足够的可用内存了。这句话要好好理解，不是说 Heap没有内存了，是说新申请内存的对象大于 Heap空闲内存，比如现在 Heap还空闲 1M，但是新申请的内存需要 1.1M，于是就会报 OutOfMemory了，可能以后的对象申请的内存都只要0.9M，于是就只出现一次OutOfMemory，GC也正常了，看起来像偶发事件，就是这么回事。 但如果此时 GC没有回收就会产生挂起情况，系统不响应了。

问 ：我产生的对象不多呀 ，为什么还会产生OutOfMemory？
答：你继承层次忒多了，Heap中 产生的对象是先产生 父类，然后才产生子类，明白不？

问：OutOfMemory 错误分几种？
答：分两种，分别是“OutOfMemoryError:java heap size”和”OutOfMemoryError: PermGen space”，两种都是内存溢出，heap size是说申请不到新的内存了，这个很常见，检查应用或调整堆内存大小。 “PermGen space”是因为永久存储区满了，这个也很常见，一般在热发布的环境中出现，是因为每次发布应用系统都不重启，久而久之永久存储区中的死对象太多导致新对象无法申请内存，一般重新启动一下即可。

问：为什么会产生StackOverflowError？
答：因为一个线程把 Stack 内存全部耗尽了，一般是递归函数造成的。

问：一个机器上可以看多个JVM吗？JVM 之间可以互访吗？
答：可以多个JVM，只要机器承受得了。JVM之间是不可以互访，你不能在A-JVM中访问B-JVM的Heap 内存，这是不可能的。在以前老版本的JVM中，会出现A-JVM Crack后影响到B-JVM，现在版本非常少见。

问：为什么Java要采用垃圾回收机制，而不采用 C/C++的显式内存管理？
答：为了简单，内存管理不是每个程序员都能折腾好的。

问：JVM 中到底哪些区域是共享的？哪些是私有的？
答：Heap和 Method Area是共享的，其他都是私有的，

问：什么是JIT？
答：JIT 是指Just In Time，有的文档把JIT 作为JVM的一个部件来介绍，有的是作为执行引 擎的一部分来介绍，这都能理解。Java刚诞生的时候是一个解释性语言，别嘘，即使编译成了字 节码（byte code）也是针对JVM的，它需要再次翻译成原生代码(native code)才能被机器执行，于 是效率的担忧就提出来了。Sun为了解决该问题提出了一套新的机制，好，你想编译成原生代码， 没问题，我在JVM上提供一个工具，把字节码编译成原生码，下次你来访问的时候直接访问原生 码就成了，于是JIT 就诞生了，就这么回事。

问：JVM 还有哪些部分是你没有提到的？
答：JVM是一个异常复杂的东西，写一本砖头书都不为过，还有几个要说明的：
常量池（constant pool）：按照顺序存放程序中的常量，并且进行索引编号的区域。比如 int i =100，这个 100 就放在常量池中。
安全管理器（Security Manager）：提供Java运行期的安全控制，防止恶意攻击，比如指定读取文件，写入文件权限，网络访问，创建进程等等，Class Loader在 Security Manager认证通过后才能加载 class文件的。
方法索引表（Methods table），记录的是每个 method 的地址信息，Stack和 Heap 中的地址指针其实是指向 Methods table地址。

问：为什么不建议在程序中显式的生命System.gc()？
答：因为显式声明是做堆内存全扫描，也就是 Full GC，是需要停止所有的活动的（Stop The World Collection），你的应用能承受这个吗？而其显示调用System.gc()只是给虚拟机一个建议，不一定会执行，因为System.gc()在一个优先级很低的线程中执行。

问：JVM 有哪些调整参数？
答：非常多，堆内存、栈内存的大小都可以定义，甚至是堆内存的三个部分、新生代的各个比例都能调整。