一、什么是JVM
JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，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。
Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性。而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键。一般的高级语言如果要在不同的平台上运行，至少需要编译成不同的目标代码。而引入Java语言虚拟机后，Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。Java虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。这就是Java的能够“一次编译，到处运行”的原因。
从Java平台的逻辑结构上来看，我们可以从下图来了解JVM：
标题
从上图能清晰看到Java平台包含的各个逻辑模块，也能了解到JDK与JRE的区别，对于JVM自身的物理结构，我们可以从下图鸟瞰一下：
二、JAVA代码编译和执行过程
Java代码编译是由Java源码编译器来完成，流程图如下所示：
Java字节码的执行是由JVM执行引擎来完成，流程图如下所示：
Java代码编译和执行的整个过程包含了以下三个重要的机制：
- Java源码编译机制
- 类加载机制
- 类执行机制
Java源码编译机制
Java 源码编译由以下三个过程组成：
分析和输入到符号表
注解处理
语义分析和生成class文件
流程图如下所示：
最后生成的class文件由以下部分组成：
结构信息。包括class文件格式版本号及各部分的数量与大小的信息
元数据。对应于Java源码中声明与常量的信息。包含类/继承的超类/实现的接口的声明信息、域与方法声明信息和常量池
方法信息。对应Java源码中语句和表达式对应的信息。包含字节码、异常处理器表、求值栈与局部变量区大小、求值栈的类型记录、调试符号信息
类加载机制
JVM的类加载是通过ClassLoader及其子类来完成的，类的层次关系和加载顺序可以由下图来描述：
加载过程中会先检查类是否被已加载，检查顺序是自底向上，从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查，只要某个classloader已加载就视为已加载此类，保证此类只被ClassLoader加载一次。而加载的顺序是自顶向下，也就是说当发现这个类没有的时候会先去让自己的父类去加载，父类没有再让儿子去加载。
例：重写第一个个Sring一样的类，用App ClassLoader去加载，无法加载成功。因为Bootstrap ClassLoader会先加载，所以App ClassLoader就不会再去加载我们写的String类了，导致我们写的String类是没有被加载的。 不同的类加载器，加载同一个源class，会创建不同的 class 对象
1）Bootstrap ClassLoader
负责加载$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class，由C++实现，不是ClassLoader子类
2）Extension ClassLoader
负责加载java平台中扩展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包
3）App ClassLoader
负责记载classpath中指定的jar包及目录中class
4）Custom ClassLoader
属于应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader，如tomcat、jboss都会根据j2ee规范自行实现ClassLoader加载过程中会先检查类是否被已加载，检查顺序是自底向上，从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查，只要某个classloader已加载就视为已加载此类，保证此类只所有ClassLoader加载一次。而加载的顺序是自顶向下，也就是由上层来逐层尝试加载此类。
类执行机制
JVM是基于栈的体系结构来执行class字节码的。线程创建后，都会产生程序计数器（PC）和栈（Stack），程序计数器存放下一条要执行的指令在方法内的偏移量，栈中存放一个个栈帧，每个栈帧对应着每个方法的每次调用，而栈帧又是有局部变量区和操作数栈两部分组成，局部变量区用于存放方法中的局部变量和参数，操作数栈中用于存放方法执行过程中产生的中间结果。栈的结构如下图所示：
三、JVM内存管理和垃圾回收
3.1JVM内存组成结构
JVM栈由堆、栈、本地方法栈、方法区等部分组成，结构图如下所示：
1）堆
所有通过new创建的对象的内存都在堆中分配，堆的大小可以通过-Xmx和-Xms来控制。堆被划分为新生代和旧生代，新生代又被进一步划分为Eden和Survivor区，最后Survivor由From Space和To Space组成，结构图如下所示：
新生代。新建的对象都是用新生代分配内存，Eden空间不足的时候，会把存活的对象转移到Survivor中，新生代大小可以由-Xmn来控制，也可以用-XX:SurvivorRatio来控制Eden和Survivor的比例
老年代。用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象
持久带（Permanent Space）实现方法区，主要存放所有已加载的类信息，方法信息，常量池等等。可通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来指定持久带初始化值和最大值。Permanent Space并不等同于方法区，只不过是Hotspot JVM用Permanent Space来实现方法区而已，有些虚拟机没有Permanent Space而用其他机制来实现方法区。（注：java8中去掉了持久代移到元空间里Java 8新特性探究（九）跟OOM：Permgen说再见吧 - OOM - OSCHINA - 中文开源技术交流社区）
-Xmx:最大堆内存,如：-Xmx512m
-Xms:初始时堆内存,如：-Xms256m
-XX:MaxNewSize:最大年轻区内存
-XX:NewSize:初始时年轻区内存.通常为 Xmx 的 1/3 或 1/4。新生代 = Eden + 2 个 Survivor 空间。实际可用空间为 = Eden + 1 个 Survivor，即 90%
-XX:MaxPermSize:最大持久带内存
-XX:PermSize:初始时持久带内存
-XX:+PrintGCDetails。打印 GC 信息
-XX:NewRatio 新生代与老年代的比例，如 –XX:NewRatio=2，则新生代占整个堆空间的1/3，老年代占2/3
-XX:SurvivorRatio 新生代中 Eden 与 Survivor 的比值。默认值为 8。即 Eden 占新生代空间的 8/10，另外两个 Survivor 各占 1/10
2）栈
每个线程执行每个方法的时候都会在栈中申请一个栈帧，每个栈帧包括局部变量区和操作数栈，用于存放此次方法调用过程中的临时变量、参数和中间结果。
-xss:设置每个线程的堆栈大小. JDK1.5+ 每个线程堆栈大小为 1M，一般来说如果栈不是很深的话， 1M 是绝对够用了的。
java栈的结构
3）本地方法栈
用于支持native方法的执行，存储了每个native方法调用的状态
4）方法区
存放了要加载的类信息、静态变量、final类型的常量、属性和方法信息。JVM用持久代（Permanet Generation）来存放方法区，可通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来指定最小值和最大值
5）程序计数器
程序计数器存放下一条要执行的指令在方法内的偏移量。是一块较小的内存空间，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。程序中的分支、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完成。由于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，故该区域为线程私有的内存。
3.2垃圾回收策略分类
如何判断对象“已死”？
思想:从根节点做可达性分析，判断对象是否可以被回收
可以作为根节点的对象：类加载器、Thread、虚拟机栈的本地变量表、static 成员、常量引用、本地方法栈的变量
对象分配：对象优先在 Eden 区分配、大对象直接进入Old 区(-XX:PretenureSizeThreshold)、长期存活对象进入 Old 区(-XX:MaxTenuringThreshold, -XX:+PrintTenuringDistribution, -XX:TargetSurvivorRatio
GC最基础的算法有三种：标记 -清除算法、复制算法、标记-整理算法，我们常用的垃圾回收器一般都采用分代收集算法。
标记-清除（Mark-Sweep）:
此算法执行分两阶段。第一阶段从引用根节点开始标记所有被引用的对象，第二阶段遍历整个堆，把未标记的对象清除。此算法需要暂停整个应用，同时，会产生内存碎片。（这个清楚还自带整理功能吗，还是示意图有问图?）
复制（Copying）:
此算法把内存空间划为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。垃圾回收时，遍历当前使用区域，把正在使用中的对象复制到另外一个区域中。算法每次只处理正在使用中的对象，因此复制成本比较小，同时复制过去以后还能进行相应的内存整理，不会出现“碎片”问题。当然，此算法的缺点也是很明显的，就是需要两倍内存空间。
标记-整理（Mark-Compact）:
此算法结合了“标记-清除”和“复制”两个算法的优点。也是分两阶段，第一阶段从根节点开始标记所有被引用对象，第二阶段遍历整个堆，清除未标记对象并且把存活对象“压缩”到堆的其中一块，按顺序排放。此算法避免了“标记-清除”的碎片问题，同时也避免了“复制”算法的空间问题。
备注：灰色代表未被标记的对象；白色代表空闲区域；绿色，蓝色代表被标记的对象
3.3.GC的种类
1.Minor GC：
Minor GC指新生代GC，即发生在新生代（包括Eden区和Survivor区）的垃圾回收操作，当新生代无法为新生对象分配内存空间的时候，会触发Minor GC。因为新生代中大多数对象的生命周期都很短，所以发生Minor GC的频率很高，虽然它会触发stop-the-world，但是它的回收速度很快。
2.Major GC
Major GC清理Tenured区，用于回收老年代，出现Major GC通常会出现至少一次Minor GC。
3.Full GC
Full GC是针对整个新生代、老生代、元空间（metaspace，java8以上版本取代perm gen）的全局范围的GC。Full GC不等于Major GC，也不等于Minor GC+Major GC，发生Full GC需要看使用了什么垃圾收集器组合，才能解释是什么样的垃圾回收。
4.MixedGC
回收所有的 Young和部分的 Old，只有G1有这个模式
