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。

Java编译对象过程

源文件编译成字节码，主要分成两个部分：

1：常量池：所有的Token（类名、成员变量名等）、符号的引用（方法引用、成员变量应用等）

2：方法字节码：各个类中的各个方法的字节码

字节码由Java虚拟机解析运行分成两个部分：

1：类加载

2：类的执行

类加载器：

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。

注意：JVM主要在程序第一次主动使用类的时候，才会去加载该类，也就是说，JVM并不是在一开始就把一个程序就所有的类都加载到内存中，而是到不得不用的时候才把它加载进来，而且只加载一次。

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

负责加载 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。

类加载器加载顺序：

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。

在获取ExtClassLoader的父loader的时候出现了null，这是因为Bootstrap Loader（引导类加载器）是用C++语言实现的，找不到一个确定的返回父Loader的方式，于是就返回null。

JVM运行时内存数据区

方法区

方法区和java堆一样，是线程共享的区域；

方法区的作用的就是用来存储：已经被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等；

而且方法区还有另一种叫法：【非堆】，也有人给方法区叫做永久代

当方法区存储信息过大时候，也就是无法满足内存分配的时候报错。

运行时常量池

运行时常量池是方法区中的一部分，主要是用来存放程序编译期生成的各种字面量和符号引用，也就是在类加载之后会进入方法区的运行时常量池中存放

Java堆

Java堆是Java虚拟机管理内存最大的一块区域；并且Java堆是被所有线程共享的一块内存区域（最大的区域）；

对于堆内存唯一的目的就是用来存放对象实例的，而且几乎所有的对象实例都是堆内存中分配的内存（可能会有一些对象逃逸分析技术会导致对象实例不是在Java堆中进行内存分配的）

经常会听到一些程序说“调优”，其中调优的95%部分都是在跟Java堆有关系的；

因为Java堆是垃圾收集器管理的主要区域；

虚拟机栈

程序员经常说“堆栈”，其中的栈就是虚拟机栈，更确切的说，大家谈的栈是虚拟机中的局部变量表部分；

虚拟机栈描述的是：Java方法执行的内存模型；（局部变量、操作栈、动态链表、方法出口；特点：都是线程私有的，所以虚拟机栈是线程私有的）

因为虚拟机栈是私有的，当线程调用某一个方法再到这个方法执行结束；其实就是对应着一个栈帧在虚拟机入栈到出栈的过程；

对于虚拟机栈可能出现的异常有两种：

1：如果线程请求的栈深度大于虚拟机栈允许的最大深度，报错：StackOverflowError

（这种错误经常出现在递归操作中，无限制的反复调用方法，最终导致压栈深度超过虚拟机允许的最大深度，就会报错）

2：java的虚拟机栈可以进行动态扩展，但随着扩展会不断的申请内存，当无法申请足够内存的时候就会报错：OutOfMemoryError

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(比如C语言写的程序和C++写的程序)

直接内存（了解）

直接内存（Direct Memory）并不是运行时数据区中的部分；但是这块儿往往会被大多数程序员忽略，不小心也会导致OOM的错误；

原始的socket IO

这是因为在JDK1.4之前java操作数据过程中使用的IO操作是原始的socket IO

传统的IO，通过socket的方式发送给服务端，需要干些什么事情：

1、先把文件读到操作系统的缓存当中

2、再把操作系统的缓存中内容读到应用中

3、再从应用的缓存当中读到发送的socket缓存当中

4、在从socket缓存当中把数据发出去

总共做了4次的拷贝。

NIO

NIO比较传统IO的话，系统中的buffer不再需要拷贝给应用了

而是read buffer 直接拷贝给socket buffer

我们的应用只需要在两个buffer之间建立一个管道的

这样省略了两次的copy。速度就快了很多

NIO可以直接使用Native（本地方法栈）函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在Java堆中的DirectByteBuffer对象作为堆外内存的引用进行操作；

所以有时候程序员在分配内存时候经常会忽略掉直接内存。导致各个区域的内存总和大于物理内存限制，然后OOM。

 JVM线程安全

JVM内存溢出

虚拟机栈和本地方法栈溢出

Java虚拟机规范中描述了两种异常：

1：如果线程请求的栈深度大于虚拟机允许的最大深度，则报错：StackOverFlowError

2：如果虚拟机在扩展时无法申请到足够的内存空间，则抛出OutOfMemoryError

栈帧溢出

单个线程的栈帧溢出

栈溢出

创建很多线程，让虚拟机栈内存溢出。

线程的创建由操作系统来调度（初始化、调度、销毁）。

方法区和运行时常量池溢出

在方法区中有个小块区域叫做“常量池”。

常量池在java用于保存在编译期已确定的，已编译的class文件中的一份数据。它包括了关于类，方法，接口等中的常量，也包括字符串常量，如String s = "java"这种申明方式；当然也可扩充，执行器产生的常量也会放入常量池，故认为常量池是JVM的一块特殊的内存空间。

常量池测试

 public static void main(String[] args) {
        String a = "123";
        String b = "123";
        // ==操作比较的是两个变量的值是否相等，对于引用型变量表示的是两个变量在堆中存储的地址是否相同，即栈中的内容是否相同。
        System.out.println(a == b);

        String aa = new String("123");
        String bb = new String("123");
        // ==操作比较的是两个变量的值是否相等，对于引用型变量表示的是两个变量在堆中存储的地址是否相同
        // 这里是两个对象，引用自然不一样，所以返回false
        System.out.println(aa == bb);

        String c = "c";
        String cc = new String("c");
        //==操作比较的是两个变量的值是否相等，对于引用型变量表示的是两个变量在堆中存储的地址是否相同
        System.out.println(c == cc);

        String d = "d";
        //当调用intern（）方法时，不管使用什么方式定义一个字符串，都会首先在常量池中查找是否有相应的字符串存在，
        //如果有，直接返回常量池中的引用，否则，在常量池中生成相应的字符串并返回引用
        String dd = new String("d").intern();
        System.out.println(d == dd);
    } 

在JDK7中使用以下命令

-XX:PermSize=10M -XX:MaxPermSize=10M 

在JDK8中使用以下命令

-XX:MetaspaceSize=2m -XX:MaxMetaspaceSize=2m 

注意：在JDK1.8以后，正式移除了永久代！，取而代之的是【元空间】

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：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存[所以元空间Metaspace仍然在非堆中]。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制，但可以通过以下参数来指定元空间的大小：

-XX:MetaspaceSize，初始空间大小，达到该值就会触发垃圾收集进行类型卸载，同时GC会对该值进行调整：如果释放了大量的空间，就适当降低该值；如果释放了很少的空间，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提高该值。 　　-XX:MaxMetaspaceSize，最大空间，默认是没有限制的。

除了上面两个指定大小的选项以外，还有两个与 GC 相关的属性： 　　-XX:MinMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最小的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为分配空间所导致的垃圾收集 　　-XX:MaxMetaspaceFreeRatio，在GC之后，最大的Metaspace剩余空间容量的百分比，减少为释放空间所导致的垃圾收集

所以上面的VM Args的参数稍微修改：

-XX:MetaspaceSize=2m -XX:MaxMetaspaceSize=2m

直接内存溢出

当程序中使用NIO存储数据，存储的数据容量超过了本地方法栈允许的容量的时候，就会报错: java.lang.OutOfMemoryError: Direct buffer memory

（原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/3BMZn6xzm20d6qSXJ2D-Rw）