1.什么是JVM？
JVM是Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写，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。由一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收堆和一个存储方法域等组成。JVM屏蔽了与操作系统平台相关的信息，使得Java程序只需要生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码)，就可在多种平台上不加修改的运行，这也是Java能够“一次编译，到处运行的”原因。
2.JRE、JDK和JVM的关系
JRE(Java Runtime Environment， Java运行环境)是Java平台，所有的程序都要在JRE下才能够运行。包括JVM和Java核心类库和支持文件。
JDK(Java Development Kit，Java开发工具包)是用来编译、调试Java程序的开发工具包。包括Java工具(javac/java/jdb等)和Java基础的类库(java API)
JVM(Java Virtual Machine， Java虚拟机)是JRE的一部分。JVM主要工作是解释自己的指令集(即字节码)并映射到本地的CPU指令集和OS(操作系统)的系统调用。Java语言是跨平台运行的，不同的操作系统会有不同的JVM映射规则，使之与操作系统无关，完成跨平台性。
3.java 体系结构介绍
jvm体系总体分四大块：
类的加载机制
jvm内存结构
GC算法 垃圾回收
GC分析 命令调优
①jvm体系之-类的加载机制
什么是类的加载？
类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。类的加载的最终产品是位于堆区中的Class对象，Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口。
加载类的过程。
(1)装载(loading)
负责找到二进制字节码并加载至JVM中，JVM通过类名、类所在的包名、ClassLoader完成类的加载。
因此，标识一个被加载了的类：类名 + 包名 + ClassLoader实例ID。
(2)链接(linking)
负责对二进制字节码的格式进行校验、初始化装载类中的静态变量以及解析类中调用的接口。
链接又包含三块内容：验证、准备、初始化。
1)验证，文件格式、元数据、字节码、符号引用验证；
2)准备，为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值；
3)解析，把类中的符号引用转换为直接引用
(3)初始化(initializing)
负责执行类中的静态初始化代码、构造器代码以及静态属性的初始化，以下六种情况初始化过程会被触发。
1. 创建类的实例，也就是new的方式
2.访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
3.调用类的静态方法
4.反射(如Class.forName(“com.shengsiyuan.Test”))
5.初始化某个类的子类，则其父类也会被初始化
6.Java虚拟机启动时被标明为启动类的类(Java Test),直接使用java.exe命令来运行某个主类
类加载器
站在Java开发人员的角度来看，类加载器可以大致划分为以下三类：
(1).启动类加载器：Bootstrap ClassLoader
负责加载存放在JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安装目录，下同)下，
或被-Xbootclasspath参数指定的路径中的
并且能被虚拟机识别的类库(如rt.jar，所有的java.开头的类均被Bootstrap ClassLoader加载)。
启动类加载器是无法被Java程序直接引用的。
(2).扩展类加载器：Extension ClassLoader
该加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，
它负责加载JDK\jre\lib\ext目录中，或者由java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库(如javax.开头的类)，
开发者可以直接使用扩展类加载器。
(3).应用程序类加载器：Application ClassLoader
该类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现，
它负责加载用户类路径(ClassPath)所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器，
如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。
应用程序都是由这三种类加载器互相配合进行加载的，如果有必要，我们还可以加入自定义的类加载器。因为JVM自带的ClassLoader只是懂得从本地文件系统加载标准的java class文件，因此如果编写了自己的ClassLoader，便可以做到如下几点：
1、在执行非置信代码之前，自动验证数字签名。
2、动态地创建符合用户特定需要的定制化构建类。
3、从特定的场所取得java class，例如数据库中和网络中。
双亲委托模式当类加载器收到了类加载的请求
当JVM加载一个类的时候，下层的加载器会将任务给上一层类加载器，上一层加载检查它的命名空间中是否已经加载这个类，如果已经加载，直接使用这个类。如果没有加载，继续往上委托直到顶部。检查之后，按照相反的顺序进行加载。如果Bootstrap加载器不到这个类，则往下委托，直到找到这个类。一个类可以被不同的类加载器加载。
双亲委派机制:
1、当AppClassLoader加载一个class时，它首先不会自己去尝试加载这个类，
而是把类加载请求委派给父类加载器`ExtClassLoader`去完成。
2、当ExtClassLoader加载一个class时，它首先也不会自己去尝试加载这个类，
而是把类加载请求委派给`BootStrapClassLoader`去完成。
3、如果BootStrapClassLoader加载失败(例如在$JAVA_HOME/jre/lib里未查找到该class)，
会使用`ExtClassLoader`来尝试加载；
4、若ExtClassLoader也加载失败，则会使用AppClassLoader来加载，
如果 `AppClassLoader`也加载失败，则会报出异常ClassNotFoundException。
双亲委派模型意义：
系统类防止内存中出现多份同样的字节码
保证Java程序安全稳定运行
可见性限制：下层的加载器能够看到上层加载器中的类，反之则不行，委派只能从下到上。
不允许卸载类：类加载器可以加载一个类，但不能够卸载一个类。但是类加载器可以被创建或者删除。
②jvm体系之-jvm内存结构
根据《Java 虚拟机规范(Java SE 7 版)》规定，Java 虚拟机所管理的内存如下图所示。
方法区和堆是所有线程共享的内存区域；
而java栈、本地方法栈和程序员计数器是运行是线程私有的内存区域。
详细介绍每个区域的作用
JAVA堆
对于大多数应用来说，Java堆(Java Heap)是Java虚拟机所管理的内存中
的一块。Java堆是被所有线程
的一块内存区域，在虚拟机
。此内存区域的唯一目的就是
，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做
。如果从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。
根据Java虚拟机规范的规定，Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可，就像我们的磁盘空间一样。在实现时，既可以实现成固定大小的，也可以是可扩展的，不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的(通过-Xmx和-Xms控制)。
如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
方法区
方法区(Method Area)与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码}等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap(非堆)，目的应该是与Java堆区分开来。
java7之前，方法区位于永久代(PermGen)，永久代和堆相互隔离，永久代的大小在启动JVM时可以设置一个固定值，不可变；
java7中，存储在永久代的部分数据就已经转移到Java Heap或者Native memory。但永久代仍存在于JDK 1.7中，并没有完全移除，譬如符号引用(Symbols)转移到了native memory；字符串常量池(interned strings)转移到了Java heap；类的静态变量(class statics)转移到了Java heap。
java8中，取消永久代，方法存放于元空间(Metaspace)，元空间仍然与堆不相连，但与堆共享物理内存，逻辑上可认为在堆中
根据Java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时，将抛出OutOfMemoryError异常。
程序计数器
程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里(仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现)，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、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器(对于多核处理器来说是一个内核)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，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间的计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。
如果线程正在执行的是一个Java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是Natvie方法(一个Native Method就是一个java调用非java代码的接口。一个Native Method是这样一个java的方法：该方法的实现由非java语言实现，比如C。)，这个计数器值则为空(Undefined)。
此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
JVM栈
与程序计数器一样，Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)也是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法被调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程。
局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference类型，它不等同于对象本身，根据不同的虚拟机实现，它可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能指向一个代表对象的句柄或者其他与此对象相关的位置)和returnAddress类型(指向了一条字节码指令的地址)。
其中64位长度的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间(Slot)，其余的数据类型只占用1个。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展(当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈)，当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。
本地方法栈
本地方法栈(Native Method Stacks)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机(譬如Sun HotSpot虚拟机)直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
现在用一张图来介绍每个区域存储的内容。
③jvm体系之-GC算法 垃圾回收
程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈 3 个区域随线程生灭(因为是线程私有)，栈中的栈帧随着方法的进入和退出而有条不紊地执行着出栈和入栈操作。而 Java 堆和方法区则不一样，一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样，我们只有在程序处于运行期才知道那些对象会创建，这部分内存的分配和回收都是动态的，垃圾回收器所关注的就是这部分内存。
在进行内存回收之前要做的事情就是判断那些对象是‘死’的，哪些是‘活’的。
判断对象是否存活一般有两种方式：
1.引用计数：每个对象有一个引用计数属性，新增一个引用时计数加1，引用释放时计数减1，计数为0时可以回收。此方法简单，无法解决对象相互循环引用的问题。
2.可达性分析(Reachability Analysis)：从GC Roots开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的，不可达对象。
GC算法
GC最基础的算法有三种：标记 -清除算法、复制算法、标记-压缩算法，我们常用的垃圾回收器一般都采用分代收集算法。
1.标记 -清除算法，“标记-清除”(Mark-Sweep)算法，如它的名字一样，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：
首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。
2.复制算法，“复制”(Copying)的收集算法，它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。
当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。
3.标记-压缩算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，
而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存
4.分代收集算法，“分代收集”(Generational Collection)算法，把Java堆分为新生代和老年代，
这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。
垃圾回收器
1.Serial收集器
串行收集器是最古老，最稳定以及效率高的收集器，可能会产生较长的停顿，只使用一个线程去回收。
2.ParNew收集器
ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本。
Parallel收集器，Parallel Scavenge收集器类似ParNew收集器，Parallel收集器更关注系统的吞吐量。
3.Parallel Old 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
4.CMS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。
5.G1收集器
G1 (Garbage-First)是一款面向服务器的垃圾收集器,主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器.
以极高概率满足GC停顿时间要求的同时,还具备高吞吐量性能特征
④jvm体系之-GC分析 命令调优
GC日志分析
GC日志分析命令
Sun JDK监控和故障处理命令有jps jstat jmap jhat jstack jinfo
jps: JVM Process Status Tool,显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程。
jstat: JVM statistics Monitoring是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令，它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。
jmap: JVM Memory Map命令用于生成heap dump文件
jhat: JVM Heap Analysis Tool命令是与jmap搭配使用，用来分析jmap生成的dump
jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump的分析结果后，可以在浏览器中查看
jstack: 用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。
jinfo: JVM Configuration info 这个命令作用是实时查看和调整虚拟机运行参数。
常用调优工具分为两类
jdk自带监控工具：jconsole和jvisualvm
第三方有：MAT(Memory Analyzer Tool)、GC Easy。
