前言：
JVM一直是java知识里面进阶阶段的重要部分，如果希望在java领域研究的更深入，则JVM则是如论如何也避开不了的话题，本系列试图通过简洁易读的方式，讲解JVM必要的知识点。

一. JVM是什么

JVM它是Java Virtual Machine 的缩写，主要是通过在实际计算机模仿各种计算机功能来实现的，组成部分包括堆、方法区、栈、本地方法栈、程序计算器等部分组成的，其中方法回收堆和方法区是共享区，也就是谁都可以使用，而栈和程序计算器、本地方法栈区是归JVM的。Java能够被称为“一次编译，到处运行”的原因就是Java屏蔽了很多的操作系统平台相关信息，使得Java只需要生成在JVM虚拟机运行的目标代码也就是所说的字节码，就可以在多种平台运行。

二.JVM、JDK、JRE三者的关系

1.JVM

Java 虚拟机（JVM）是运⾏ Java 字节码的虚拟机。JVM 有针对不同系统的特定实现（Windows，Linux，macOS），⽬的是使⽤相同的字节码，它们都会给出相同的结果。字节码和不同系统的 JVM 实现是 Java 语⾔“⼀次编译，随处可以运⾏”的关键所在.

什么是字节码?采⽤字节码的好处是什么?

在 Java 中，JVM 可以理解的代码就叫做 字节码 （即扩展名为 .class 的⽂件），它不⾯向任
何特定的处理器，只⾯向虚拟机。Java 语⾔通过字节码的⽅式，在⼀定程度上解决了传统解释型语
⾔执⾏效率低的问题，同时⼜保留了解释型语⾔可移植的特点。所以 Java 程序运⾏时⽐᫾⾼效，
⽽且，由于字节码并不针对⼀种特定的机器，因此，Java 程序⽆须重新编译便可在多种不同操作系
统的计算机上运⾏。

Java 程序从源代码到运⾏⼀般有下⾯ 3 步：

2.JDK

JDK 是 Java Development Kit，它是功能⻬全的 Java SDK。它拥有 JRE 所拥有的⼀切，还有编译器（javac）和⼯具（如 javadoc 和 jdb）。它能够创建和编译程序。

3.JRE

JRE 是 Java 运⾏时环境。它是运⾏已编译 Java 程序所需的所有内容的集合，包括 Java 虚拟机（JVM），Java 类库，java 命令和其他的⼀些基础构件。但是，它不能⽤于创建新程序。

三.JVM内存区域划分

粗略分来，JVM的内部体系结构分为三部分，分别是：类装载器（ClassLoader）子系统，运行时数据区，和执行引擎。

1.类装载器

每一个Java虚拟机都由一个类加载子系统（class loader subsystem）负责加载程序中的类型（类和接口），并赋予唯一的名字。每一个 Java 虚拟机都有一个执行引擎（execution engine）负责执行被加载类中包含的指令。 JVM 的两种类装载器包括：启动类装载器和用户自定义类装载器，启动类装载器是 JVM 实现的一部分，用户自定义装载器则是Java程序的一部分，必须是 ClassLoader 类的子类

2.执行引擎

主要的执行技术有:解释，即时编译，自适应优化、芯片级直接执行其中解释属于第一代JVM，即时编译JIT属于第二代JVM，自适应优化（目前Sun的HotspotJVM采用这种技术）则吸取第一代JVM和第二代JVM的经验，采用两者结合的方式 。

自适应优化：开始对所有的代码都采取解释执行的方式，并监视代码执行情况，然后对那些经常调用的方法启动一个后台线程，将其编译为本地代码，并进行仔细优化。若方法不再频繁使用，则取消编译过的代码，仍对其进行解释执行。

3.运行时数据区

主要包括：方法区，堆，Java栈，PC寄存器，本地方法栈

1. 方法区和堆由所有线程共享

堆：存放所有程序在运行时创建的对象

方法区：当JVM的类装载器加载.class文件，并进行解析，把解析的类型信息放入方法区。

2. Java栈和PC寄存器由线程独享

   JVM栈是线程私有的，每个线程创建的同时都会创建JVM栈，JVM栈中存放的为当前线程中局部基本类型的变量（java中定义的八种基本类型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double）、部分的返回结果以及Stack Frame，非基本类型的对象在JVM栈上仅存放一个指向堆上的地址

3. 本地方法栈：存储本地方法调用的状态

四.JVM运行时数据区

Java 虚拟机在执⾏ Java 程序的过程中会把它管理的内存划分成若⼲个不同的数据区域。JDK. 1.8 和
之前的版本略有不同，下⾯会介绍到。

4. JDK 1.8 之前
   
5. JDK 1.8
   

线程隔离的：
程序计数器
虚拟机栈
本地方法栈

线程共享：
堆
方法区（元数据区）
直接内存（非运行时数据区的一部分）

JVM1.8同1.7比，最大的差别就是：元数据区取代了永久代。元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元数据空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。

1.程序计数器

程序计数器是一块比较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器，是程序控制流的指示器，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖程序计数器。

Java 虚拟机的多线程是通过线程轮流切换，分配处理器时间的方式来实现的，所以在任何一个确定的时刻，一个处理器（即多处理器的一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后，能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要一个独立的程序计数器，各个线程之间不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”。

如果线程执行的是Java方法，则记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址。如果是Native 本地方法，计数器值为空（Undefined）

从上面的介绍中我们知道程序计数器主要有两个作用：

1. 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令，从而实现代码的流程控制，如：顺序执行、选择、循环、异常处理。
2. 在多线程的情况下，程序计数器用于记录当前线程执行的位置，从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。

注意：程序计数器是唯⼀⼀个不会出现 OutOfMemoryError 的内存区域，它的⽣命周期随着线程的创建
⽽创建，随着线程的结束⽽死亡。是唯一一个在《java虚拟机规范》中没有规定任何 OOM 情况的区域。

2.Java 虚拟机栈

线程私有，每个线程对应一个Java虚拟机栈，其生命周期与线程同进同退。每个Java方法（也就是字节码）在被调用的时候都会创建一个栈帧，并入栈。一旦完成调用，则出栈。所有的的栈帧都出栈后，线程也就完成了使命。

Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的线程内存模型：每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧用于保存 局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每个方法被调用直至执行完毕的过程，对应了栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

局部变量表存放了编译期可知的各种Java虚拟机基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、对象引用（reference 类型，它不同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）和 returnAddress 类型（指向一条字节码指令的地址）。

Java 虚拟机栈会出现两种错误：StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError。

• StackOverFlowError： 若Java虚拟机栈的内存⼤⼩不允许动态扩展，那么当线程请求栈的深度
  超过当前Java虚拟机栈的最⼤深度的时候，就抛出StackOverFlowError异常。
• OutOfMemoryError： 若 Java 虚拟机栈的内存⼤⼩允许动态扩展，且当线程请求栈时内存⽤完
  了，⽆法再动态扩展了，此时抛出OutOfMemoryError异常。

Java 方法有两种返回方式：(1)return 语句；(2)抛出异常，不管哪种返回方式都会导致栈帧被弹出。

3.本地方法栈

功能与Java虚拟机栈十分相同。区别在于，虚拟机栈为虚拟机执⾏ Java ⽅法 （也就是字节码）服
务，而本地方法栈为虚拟机使用到的native方法服务。

4.堆

5.方法区

6.运行时常量池

7.直接内存