一、JVM简介
JVM 是 Java Virtual Machine 的简称，意为 Java虚拟机。 虚拟机是指通过软件模拟的具有完整硬件功能的、运行在一个完全隔离的环境中的完整计算机系统,常见的虚拟机：JVM、VMwave、Virtual Box。
JVM 和其他两个虚拟机的区别：
- VMwave与VirtualBox是通过软件模拟物理CPU的指令集，物理系统中会有很多的寄存器。
- JVM则是通过软件模拟Java字节码的指令集，JVM中只是主要保留了PC寄存器，其他的寄存器都进行了裁剪。
JVM 是一台被定制过的现实当中不存在的计算机。
1.1 JVM 发展简史
1.1.1 Sun Classic VM
早在1996年Java1.0版本的时候，Sun公司发不了一款名为Sun Classic vm的java虚拟机，它同时也是世界上第一款商业java虚拟机，jdk1.4 时完全被淘汰。 这款虚拟机内部只提供解释器。 如果使用JIT编译器，就需要进行外挂，但是一旦使用了JIT编译器，JIT就会接管虚拟机的执行系统。解释器就不再工作。解释器和编译器不能配合工作，现在Hotspot内置了此虚拟机。
1.1.2 Exact VM
为了解决上一个虚拟机问题，jdk1.2时，sun提供了此虚拟机。 Exact 具备现代高性能虚拟机的雏形，包含了一下功能：
- 热点探测（将热点代码编译为字节码加速程序执行）。
- 编译器与解析器混合工作模式。
只在Solaris平台短暂使用，其他平台上还是classic vm，英雄气短，终被Hotspot虚拟机替换。
1.1.3 HotSpot VM
最初由一家名为“Longview Technologies”的小公司设计，1997年，此公司被Sun收购；2009年，Sun公司被甲骨文收购，JDK1.3时，HotSpot VM成为默认虚拟机。
目前HotSpot 占用绝对的市场地位，称霸武林。 不管是现在仍在广泛使用JDK6，还是使用比较多的JDK8中，默认的虚拟机都是HotSpot、Sun/Oracle JDK和OpenJDK的默认虚拟机。从服务器、桌面到移动端、嵌入式都有应用。 名称中的HotSpot指的就是它的热点代码探测技术。它能通过计数器找到最具编译价值的代码，触发即时编译(JIT)或栈上替换，通过编译器与解释器协同工作，在最优化的程序响应时间与最佳执行性能中取得平衡。
1.1.4 JRockit
JRockit 是专注于服务器端应用，目前在HotSpot的基础上，移植JRockit的优秀特性。 它可以不太关注程序的启动速度，因此JRockit内部不包含解析器实现，全部代码都靠即时编译器编译后执行。大量的行业基准测试显示，JRockit JVM是世界上最快的JVM。使用JRockit产品，客户已经体验到了显著的性能提高（一些超过了70%）和硬件成本的减少（达50%）。
优势：全面的Java运行时解决方案组合。
JRockit 面向延迟敏感型应用的解决方案 JRockit Real Time 提供以毫秒或微秒级的JVM响应时间，适合财务、军事指挥、电信网络的需要。
MissionControl服务套件，它是一组以极低的开销来监控、管理和分析生产环境中的应用程序的工具。2008，BEA被Oracle收购。 Oracle表达了整合两大优秀虚拟机的工作，大致在JDK8中完成。整合的方式是在HotSpot的基础上，移植JRockit的优秀特性。
1.1.5 J9 JVM
全称：IBM Technology for Java Virtual Machine，简称IT4J，内部代号：J9。
市场定位于HotSpot接近，服务器端、桌面应用、嵌入式等多用途JVM，广泛用于IBM的各种Java产品。目前，有影响力的三大商用虚拟机之一，也号称是世界上最快的Java虚拟机(在IBM自己的产品上稳定)。2017年左右，IBM发布了开源J9 VM，命名OpenJ9，交给Eclipse基金会管理，也称为Eclipse OpenJ9。
1.1.6 Taobao JVM（国产研发）
由AliJVM 团队发布。阿里，国内使用Java最强大的公司，覆盖云计算、金融、物流、电商等众多领域，需要解决高并发、高可用、分布式的复合问题。有大量的开源产品。 基于OpenJDK 开发了自己的定制版本AlibabaJDK,简称AJDK。是整个阿里JAVA体系的基石。基于OpenJDK HotSpot JVM发布的国内第一个优化、深度定制且开源的高性能服务器版Java虚拟机，它具有以下特点：
- 创新的GCIH(GC invisible heap)技术实现了off-heap，即将生命周期较长的Java对象从heap中移到heap之外，并且GC不能管理GCIH内部的Java对象，以此达到降低GC的回收评率和提升GC的回收效率的目的。
- GCIH中的对象还能够在多个Java虚拟机进程中实现共享。
- 使用crc32指令实现JVM intrinsic降低JNI的调用开销；
- PMU hardware的Java profiling tool和诊断协助功能；
- 针对大数据场景的ZenGC。
taobao JVM应用在阿里产品上性能高，硬件严重依赖 intel 的cpu,损失了兼容性，但提高了性能，目前已经在淘宝、天猫上线，把Oracle官方JVM版本全部替换了。
二、JVM 运行流程
JVM 是Java 运行的基础，也是实现一次编译到处执行的关键，那么JVM 是如何执行的呢？
2.1 JVM执行流程
程序在执行之前先要把 java 代码转换成字节码（class文件），JVM 首先需要把字节码通过一定的方式 类加载器 把文件加载到内存中 运行时数据区 ，而字节码文件是 JVM 的一套指令集规范，并不能直接交个底层操作系统去执行，因此需要特定的命令解析器执行引擎将字节码翻译成底层系统指令再交由CPU去执行，而这个过程中需要调用其他语言的接口本地库接口来实现整个程序的功能，这就是这4个主要组成部分的职责与功能。
总结来看，JVM 主要通过分为以下4 个部分，来执行Java 程序的，它们分别是：
- 类加载器
- 运行时数据区
- 执行引擎
- 本地库接口
三、JVM 运行时数据区
JVM 运行时数据区域也叫内存布局，但需要注意的是它和Java 内存模型（(Java Memory Model，简称JMM）完全不同，属于完全不同的两个概念，它由以下5 大部分组成：
3.1 堆(线程共享)
堆的作用：程序中创建的所有对象都在保存在堆中。
堆里面分为两个区域：新生代和老生代，新生代放新建的对象，当经过一定GC 次数之后还存活的对象会放入老生代。新生代还有 3 个区域：一个Endn + 两个Survivor（S0/S1）。
垃圾回收的时候会将Endn 中存活的对象放到一个未使用的Survivor 中，并把当前的Endn 和正在使用的 Survivor 清楚掉。(关于垃圾回收，我后续会给大家详细介绍)。
3.2 Java虚拟机栈（线程私有）
Java 虚拟机栈的作用：Java 虚拟机栈的生命周期和线程相同，Java 虚拟机栈描述的是Java 方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。咱们常说的堆内存、栈内存中，栈内存指的就是虚拟机栈。
Java 虚拟机栈中包含了以下4 部分：
- 局部变量表： 存放了编译器可知的各种基本数据类型(8大基本数据类型)、对象引用。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，在执行期间不会改变局部变量表大小。简单来说就是存放方法参数和局部变量。
- 操作栈：每个方法会生成一个先进后出的操作栈。
- 动态链接：指向运行时常量池的方法引用。
- 方法返回地址：PC 寄存器的地址。
3.3 本地方法栈（线程私有）
本地方法栈和虚拟机栈类似，只不过 Java 虚拟机栈是给 JVM 使用的，而本地方法栈是给本地方法使用的。
3.4 程序计数器（线程私有）
程序计数器的作用：用来记录当前线程执行的行号的。
程序计数器是一块比较小的内存空间，可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。 如果当前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。
如果正在执行的是一个Native方法，这个计数器值为空。 程序计数器内存区域是唯一一个在JVM规范中没有规定任何OOM情况的区域！
3.5 方法区（线程共享）
方法区的作用：用来存储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的。
3.6 运行时常量池
运行时常量池是方法区的一部分，存放字面量与符号引用。
- 字面量 : 字符串(JDK 8 移动到堆中) 、final常量、基本数据类型的值。
- 符号引用 : 类和结构的完全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符。
小结
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