JVM(Java Virtual Machine，Java虛擬機)
JVM是JRE的一部分。它是一個虛構出來的計算機，是通過在實際的計算機上仿真模擬各種計算機功能來實現的。JVM有自己完善的硬件架構，如處理器、堆棧、寄存器等，還具有相應的指令系統。Java語言最重要的特點就是跨平臺運行。使用JVM就是為了支持與操作系統無關，實現跨平臺。所以，JAVA虛擬機JVM是屬于JRE的，而現在我們安裝JDK時也附帶安裝了JRE(當然也可以單獨安裝JRE)。

JVM體系：

JVM的內部體系結構分為三部分，分別是：類裝載器（ClassLoader）子系統，運行時數據區，和執行引擎
體系結構圖：

灰色區域是線程私有的； 亮色是線程共享，且存在垃圾回收（堆）。

類加載器（Class loader）

Class loader有多種，可以說三個，也可以說是四個（第四個為自己定義的加載器，繼承 ClassLoader），系統自帶的三個分別為：

1.啟動類加載器(Bootstrap) ，C++所寫 2.擴展類加載器(Extension) ，Java所寫 3.應用程序類加載器(AppClassLoader)自己new的時候創建的是應用程序類加載器(AppClassLoader)。

• Bootstrap: 是虛擬機自身的一部分，它負責將
  <JAVA_HOME>/lib路徑下的核心類庫或-Xbootclasspath參數指定的路徑下的jar包加載到內存中，注意必由于虛擬機是按照文件名識別加載jar包的，如rt.jar，如果文件名不被虛擬機識別，即使把jar包丟到lib目錄下也是沒有作用的(出于安全考慮，Bootstrap啟動類加載器只加載包名為java、javax、sun等開頭的類)。
• Extension: 加載器是指Sun公司(已被Oracle收購)實現的sun.misc.Launcher$ExtClassLoader類，由Java語言實現的，是Launcher的靜態內部類，它負責加載<JAVA_HOME>/lib/ext目錄下或者由系統變量-Djava.ext.dir指定位路徑中的類庫，開發者可以直接使用標準擴展類加載器。
• AppClassLoader: 也稱應用程序加載器是指 Sun公司實現的sun.misc.Launcher$AppClassLoader。它負責加載系統類路徑java-classpath或-Djava.class.path指定路徑下的類庫，也就是我們經常用到的classpath路徑，開發者可以直接使用系統類加載器，一般情況下該類加載是程序中默認的類加載器，通過ClassLoader#getSystemClassLoader()方法可以獲取到該類加載器。
• 有需要時我們也可以通過繼承繼承Java. lang. ClassLoader來自定義自己的類加載器。

代碼驗證：

public class TestClassLoader {//Test:查看類加載器public static void main(String[] args) {Object object = new Object();//查看是那個“ClassLoader”加載Object類System.out.println(object.getClass().getClassLoader());//查看Object的加載器的上一層// error Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException（已經是祖先了）//System.out.println(object.getClass().getClassLoader().getParent());System.out.println("-----------------------------------");TestClassLoader test = new TestClassLoader();System.out.println(test.getClass().getClassLoader().getParent().getParent());System.out.println(test.getClass().getClassLoader().getParent());System.out.println(test.getClass().getClassLoader());} } 輸出： null ----------------------------------- null sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1b6d3586 sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

類加載機制

參考文章
1.類加載過程：

(1) 裝載：查找和導入Class文件；(2) 鏈接：把類的二進制數據合并到JRE中；(a)校驗：檢查載入Class文件數據的正確性（文件格式驗證、元數據驗證、字節碼驗證（0x cafe bene）、符號引用驗證）(b)準備：給類的靜態變量分配存儲空間；(c)解析：將符號引用轉成直接引用；(3) 初始化：對類的靜態變量，靜態代碼塊執行初始化操作

驗證加載器加載順序：

在這里插入代碼片//測試加載器的加載順序 package java.lang; public class String {public static void main(String[] args) {//在類 java.lang.String 中找不到 main 方法System.out.println("hello world!");} }

上述代碼首先加載的是Bootstrap加載器，由于JVM中有java.lang.String這個類，所以會首先加載這個類，而不是自己寫的類，而這個類中并無main方法，所以會報“在類 java.lang.String 中找不到 main 方法”。
這個問題就涉及到，如果有兩個相同的類，那么java到底會用哪個？如果使用用戶自己定義的java.lang.String，那么別使用這個類的程序會去全部出錯，所以，為了保證用戶寫的源代碼不污染java出廠自帶的源代碼，而提供了一種“雙親委派”機制，保證“沙箱安全”。即先找到先使用。沙箱安全機制。

2.雙親委派機制：
如果一個類加載器在接到加載類的請求時，它首先不會自己嘗試去加載這個類，而是把這個請求任務委托給父類加載器去完成，依次遞歸，如果父類加載器可以完成類加載任務，就成功返回；只有父類加載器無法完成此加載任務時，才自己去加載。雙親委派模型要求除了頂層的啟動類加載器外，其余的加載器都應該有自己的父類加載器。如果沒有雙親委任機制，不能保證Object類的唯一性（基礎類的統一性問題，上述代碼所展示的），那么系統中會存在多種不同的Object類。

運行時數據區

Native Interface && Native Method Stack

主要用于調用JAVA無法完成的操作函數，需要借助c/c++等調用，現在比較少用

在Thread類中竟然有一個只有聲明沒有實現的方法，并使用native關鍵字。用native表示，也此方法是系統級（底層操作系統或第三方C語言）的，而不是語言級的，java并不能對其進行操作，native方法不歸java管。native方法裝載在native method stack中。

public synchronized void start() {/*** This method is not invoked for the main method thread or "system"* group threads created/set up by the VM. Any new functionality added* to this method in the future may have to also be added to the VM.** A zero status value corresponds to state "NEW".*/if (threadStatus != 0)throw new IllegalThreadStateException();/* Notify the group that this thread is about to be started* so that it can be added to the group's list of threads* and the group's unstarted count can be decremented. */group.add(this);boolean started = false;try {start0();started = true;} finally {try {if (!started) {group.threadStartFailed(this);}} catch (Throwable ignore) {/* do nothing. If start0 threw a Throwable thenit will be passed up the call stack */}}}private native void start0();

PC寄存器（Program Counter Register）

說白了就是記錄下一個要運行指令的地址指針

方法區（Method Area）
方法區是供進程共享的運行時內存區域，他儲存了每一個類的結構信息（模板），如下圖。需要注意的是系列變量存在堆中，與方法區無關。


永久代和元空間的解釋：

方法區是一個規范，在不同的虛擬機里實現是不一樣的，類似于接口定義的規范，1.7落地是永久代，而1.8落地是元空間。 方法區邏輯上屬于堆的一部分，但是為了與堆進行區分，通常又叫“非堆”。

4. Java 棧（Java Stack）
先總結一句話：棧管運行，堆管存儲
棧是在線程創建時創建，它的生命周期是隨線程的生命期的，線程結束棧內存也會釋放，是線程私有的。8中基本類型+對象的引用變量+實例方法都是在函數的占內存中分配的。
注：8大基本類型

棧幀的概念：java中的方法被扔進虛擬機的棧空間之后就成為“棧幀”，比如main方法，是程序的入口，被壓棧之后就成為棧幀。
棧幀具體例子如下：

以下代碼會因為不斷開辟棧幀，導致拋出StackOverflowError錯誤。

public class Test{public static void m(){m();}public static void main(String[] args) {//Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowErrorm();} } Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError

棧+堆+方法區的關系如下：

堆（heap）

堆的物理分區=新生區+養老區，如下圖：

堆的邏輯分區=新生區+養老區+永久代（JDK1.7）JDK1.8之后永久區被替代成元數據，如下圖：
元空間和永久代之間最大的區別在于：永久代使用的是JVM的堆內存，而JDK1.8之后的元空間并不在虛擬機中，而是使用本機的物理內存。

當我們執行new Person()時，其實是new在新生區的伊甸園區，然后往下走，走到養老區，但是并未到元空間（元空間/永久代主要保存的是JDK自身所攜帶的Class,Interface的元數據（rt包），jar包等，不會被垃圾回收器回收，直到JVM關閉才會釋放此處內存）。

新生代GC(MinorGC過程(復制(復制算法)->清空->互換))

發生在新生代的垃圾收集動作，因為大多數Java對象存活率都不高，所以Minor GC非常頻繁，一般回收速度也比較快。

1:eden、SurvivorFrom復制到SurvivorTo,年齡+1 首先，當Eden區滿的時候會觸發第一次GC，把還活著的對象拷貝到survivorFrom區，當Eden區再次觸發GC的時候會掃描Eden區和From區域，對這兩個區域進行垃圾回收，經過這次回收后還存活的對象，則直接復制到To區域（如果有對象的年齡己經達到了老年的標準，則賦值到老年代區），同時把這些對象的年齡+1 2:清空eden、SurvivorFrom 然后，清空Eden和survivorFrom中的對象，也即復制之后有交換，誰空誰是to區。 3:SurvivorTo和SurvivorFrom互換 最后，SurvivorTo和SurvivorFrom互換，原SurvivorTo成為GC時的SurvivorFrom區。部分對象會在From和To區域中復制來復制去，如此交換15次（由」VM參數MaxTenurinThreshold 決定，這個參數默認是15）最終如果還是存活，就存入到老年代。

老年代GC(一般是由標記清除或者是標記清除與標記壓縮的混合實現)（Major GC/Full GC）

指發生在老年代的垃圾收集動作，出現了Major GC，經常會伴隨至少一次的Minor GC（但并不是絕對的）。Major GC的速度一般要比Minor GC慢上10倍以上。

GC詳解

OOM及JVM調優
OOM產生的原因：

新生區是類的誕生、成長、消亡的區域，一個類在這里產生，應用，最后被垃圾回收器收集，結束生命。 新生區又分為兩部分：伊甸區(Edenspace)和幸存者區（survivorpace），所有的類都是在伊甸區被new出來的。 幸存區有兩個：0區（survivor0space)和1區（survivor1space)。 當伊甸園的空間用完時，程序又需要創建對象，JVM的垃圾回收器將對伊甸園區進行垃圾回收（MinorGC）， 將伊甸園區中的不再被其他對象所引用的對象進行銷毀。然后將伊甸園中的剩余對象 移動到幸存0區。若幸存0區也滿了，再對該區進行垃圾回收，然后移動到1區。那如果1區也滿了呢？再移動到養老區。 若養老區也滿了，那么這個時候將產生Maj“GC(FuIIGC)，進行養老區的內存清理。 若養老區執行了FullGC之后發現依然無法進行對象的保存，就會產生OOM異常"OutOfMemorError".

產生OOM的代碼：

public class OOM {public static void main(String[] args) {String str = "OOM";while (true){str += str + "OutOfMemoryError";//在堆中不停的實例化對象}} }

如果出現·Java.lang.OutOfMemorError:Javaheapspace異常，說明java虛擬
機的堆內存不夠。原因:

（1）java虛擬機的堆內存設置不夠，可以通過參數一xms、-xmx來調整。 （2）代碼中創建了大量大對象，并且長時間不能被垃圾收集器收集（存在被引用）。

解決方法：可以通過IDEA調優，這里為了看到OOM的效果，故意調低了-Xms和-Xmx
有一點需要強調：在實際生產中，xms和xmx一定要設置相等，可以防止內存頻繁波動造成神奇的bug

下圖可以看出，Head堆物理內存確確實實是新生區+養老區（兩者相加內存=xms=xmx）

詳細的new->GC->報OOM的過程

詳細JVM調優

總結

以上是生活随笔為你收集整理的JVM内部体系结构的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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