JVM体系架构概述

• JVM内存结构

类加载器 ClassLoader

• 负责加载class文件，class文件在文件开头有特定的文件标示，将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些内容换成方法区中的运行时数据结构并且ClassLoader只负责class文件加载，至于是否可运行，则由执行引擎Execution Engine决定。
• JVM中提供了三层的ClassLoader：
  • Bootstrap classLoader 启动类加载器:主要负责加载核心的类库(java.lang.*等)，构造ExtClassLoader和APPClassLoader
  • ExtClassLoader扩展类加载器：主要负责加载jre/lib/ext目录下的一些扩展的jar。
  • AppClassLoader应用程序类加载器：主要负责加载应用程序的主函数类

双亲委派机制

• 双亲委派模型的工作作过程是 ：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完全这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。

• 这种设计有个好处是，如果有人想替换系统级别的类：String.java，篡改它的实现，在这种机制下这些系统的类已经被Bootstrap classLoader加载过了。所以其他类加载器并没有机会再去加载，从一定程度上防止了危险代码的植入。

沙箱安全机制

• 字节码校验器（bytecode verifier）：确保Java类文件遵循Java语言规范。这样可以帮助Java程序实现内存保护。但并不是所有的类文件都会经过字节码校验，比如核心类。
• 类装载器（class loader）：其中类装载器在3个方面对Java沙箱起作用
  • 它防止恶意代码去干涉善意的代码；
  • 它守护了被信任的类库边界；
  • 它将代码归入保护域，确定了代码可以进行哪些操作。

本地接口 Native Interface

• 本地接口的作用是融合不同的语言为java所用，它的初衷是融合C/C++程序。所以在内存中开辟了一块空间处理标记为native的代码。它的具体做法是本地方法栈（Native Method Stack）中登记native方法，在执行引擎（Execution Engine）执行是加载native libraies

程序计数器（PC寄存器） Program Counter Register

• 每个线程都有一个程序计数器，是线程私有的。就是一个指针指向方法区中的方法字节码（用来存储下一条指令的地址，也就是即将要执行的指令代码）。这是个非常小的内存空间。如果是native方法，这个计数器是空的
• 该程序计数器用于完成分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能。该内存空间不会发生OOM错误。

方法区 Method Area

• 供各线程共享的运行时内存区域。它存储了每一个类的结构信息（类的模板信息），例如运行时常量池、字段和方法数据、构造函数和普通方法的字节码内容。
• 方法区是规范，在不同的虚拟机里实现不同，最典型的是永久代(PermGen space) 1.7和元空间(Metaspace)1.8+
• 实例变量在堆内存中，和方法区无关

栈 Jave Stack

• 栈也叫栈内存，主管java程序运行，是在线程创建时创建（线程私有），它的生命周期是跟随线程的生命周期。所以对于栈来说不存在垃圾回收问题。8种基本类型变量 + 对象的引用变量 + 实例方法都是在函数的占内存中分配。
• 栈存储什么
  • 本地变量：输入参数、输出参数以及方法内变量
  • 栈操作：记录入栈、出栈操作
  • 栈帧数据：包括类文件、方法等
• StackOverflowError 栈溢出错误
  • 简单理解就是栈被压爆了（简单操作就是递归且没结束条件），导致溢出

堆 Heap

• 堆内存空间结构

• 逻辑上，堆内存分为新生、老年、元空间MetaSpace（1.7之前叫永久区Perm Gen），在物理上之分为新生、老年两个区。

• 新生区是类的诞生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器回收，结束生命。新区分为两个区，伊甸区Eden Space和Survivor Space。所有类都是在伊甸区Eden Space被new出来的，幸存区有两个0区和1区。当Eden Space空间用完时，程序又要创建新的对象，JVM的垃圾回收器会对Eden Space进行依次Minor GC（会清空Eden区）,将不在被其它对象引用的对象进行销毁，然后再将剩余的对象移放进Survivor 0 Space。若Survivor 0 Space也满了，则再次进行YGC，剩余的存活者放入Survivor 1 Space。若Survivor 1 Space满了，继续YGC放回Survivor 0 Space。达到一定次数后（JVM参数MaxTenuringThreshold设置，默认15），还存活的对象，就会放入老年代。老年代满了以后会进行Full GC(重量级GC)进行内存清理，若老年代FGC还是无法满足对新对象的存储,就会产生OOM异常（OutOfMemoryError）。

  • 如果出现OOM异常，说明了java虚拟机内存不够，原因有二
    • java内存堆空间设置不够，可以通过调整-Xms、-Xmx来调整
    • 代码中创建了大量对象，并且长时间不能被垃圾回收机制回收（存在被引用）

• Survivor 0 Space 也叫from区，Survivor 1 Space叫to区，他俩不是固定的，即from区进行垃圾回收以后，把存活的复制到to区，然后清空from区。这时候他俩交换，这时候空的from区就变成了to区，而有存活对象的to区变成from区。幸存者区一定有一个是空的

• eden和from、to区比例是 8：1：1，新生与老年区分别是1/3、2/3

• Minor GC后，有一种情况是from区放不下存活的对象，这时候会部分放入老年代

永久代 Parmanent Gen JDK7

• 实际而言，方法区Method Area和堆Heap一样，是各线程共享区域，用于存储虚拟机加载的：类信息+普通常量+静态常量+编译器编译后代码等。虽然JVM规范把它描述成堆的逻辑一部分，但它还有个名字叫Non-heap(非堆)，目的就是跟堆分开。
• 对于HotSpot虚拟机而言，很多开发者习惯把方法区Method Area描述成永久代Parmanent Gen,但严格意义上两者不同，或者说使用永久代来实现方法区而已，永久代是方法区（相当于一个接口interface）的一个实现。
• 永久代Parmanent Gen是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身携带的Class,Interface的元数据，也就是说它存储运行环境必须的的类信息，被装进此区域的数据是不会被GC回收的，关闭JVM才会释放此区域占用的内存。

栈 、堆 、方法区交互关系

• 关系交互图

public class Person {
    public void getHello(String name,int age) {
        System.out.println(name + "说TA" + age + "了");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person();
        p1.getHello("w",18);
        Person p2 = new Person();
        p2.getHello("s",24);
    }
}

• 上述代码中，Person p1 | Person p2、18 | 24 | w | s在栈中，属于栈的引用reference,以及本地变量
• new Person() | new Person()保存在堆中，开辟内存空间保存对象信息。
• 而new Person() 、new Person()会在方法区开辟一块空间，保证Person这个类的结构信息

package com.test;
class Person {
    private String name;

    Person(String name) {
      this.name = name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}
public class TestValue {
    public void getVal1(int age){
        age = 30;
    }
    public void getVal2(Person person){
        person.setName("xxx");
    }
    public void  getVal3(String s){
        s = "456";
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestValue value = new TestValue();
        int age = 20;
        value.getVal1(age);
        System.out.println(age);
        Person person =new Person("abc");
        value.getVal2(person);
        System.out.println(person.getName());

        String x = "123";
        value.getVal3(x);
        System.out.println(x);
    }
}

• 第一个打印，age数据保存在栈中的，虽然第一个getVal1方法中，修改了age，里面变的是栈中getVal1方法的变量，而出栈以后 回到main方法，这时候打印的还是mian这个栈里面的age值20
• 第二个打印，是引用类型，getVal2中修改了堆空间中Person这个对象的名字，这时候再打印就是修改过后的xxx
• 第三个打印，String字符串堆中常量池开辟空间创建了空间保存了'123'，getVal3方法，再堆中创建了一个内存空间'456'，指针指向了新的地址456，但是字符串x指向还是123