Java字节码是在JRE中运行(JRE: Java 运行时环境)。JVM则是JRE中的核心组成部分，承担分析和执行Java字节码的工作，而Java程序员通常并不需要深入了解JVM运行情况就可以开发出大型应用和类库。
JVM = 类加载器(classloader) + 执行引擎(execution engine) + 运行时数据区域(runtime data area)
JVM的基本特性：
基于栈(Stack-based)的虚拟机: 不同于Intel x86和ARM等比较流行的计算机处理器都是基于寄存器(register)架构，JVM是基于栈执行的。
符号引用(Symbolic reference): 除基本类型外的所有Java类型(类和接口)都是通过符号引用取得关联的，而非显式的基于内存地址的引用。
垃圾回收机制: 类的实例通过用户代码进行显式创建，但却通过垃圾回收机制自动销毁。
通过明确清晰基本类型确保平台无关性: 像C/C++等传统编程语言对于int类型数据在同平台上会有不同的字节长度。JVM却通过明确的定义基本类型的字节长度来维持代码的平台兼容性，从而做到平台无关。
网络字节序(Network byte order): Java class文件的二进制表示使用的是基于网络的字节序(network byte order)。为了在使用小端(little endian)的Intel x86平台和在使用了大端(big endian)的RISC系列平台之间保持平台无关，必须要定义一个固定的字节序。JVM选择了网络传输协议中使用的网络字节序，即基于大端(big endian)的字节序。
每个JVM都有两种机制：
类装载子系统：装载具有适合名称的类或接口
执行引擎：负责执行包含在已装载的类或接口中的指令每个JVM都包含：
方法区、Java堆、Java栈、本地方法栈、程序计数器
程序计数器（Program Counter Register）
线程私有，它的生命周期与线程相同。可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。Java虚拟机栈（JVM Stacks）
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）。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。该区域可能抛出以下异常：
当线程请求的栈深度超过最大值，会抛出 StackOverflowError 异常；
栈进行动态扩展时如果无法申请到足够内存，会抛出 OutOfMemoryError 异常。本地方法栈（Native Method Stacks）
与虚拟机栈非常相似，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。Java堆（Heap）
被所有线程共享，在虚拟机启动时创建，用来存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
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最大的一块。
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”GC堆”。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；新生代又有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间三部分。
Java 堆不需要连续内存，并且可以通过动态增加其内存，增加失败会抛出 OutOfMemoryError 异常。
方法区（Method Area）
用于存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
和 Java 堆一样不需要连续的内存，并且可以动态扩展，动态扩展失败一样会抛出 OutOfMemoryError 异常。
对这块区域进行垃圾回收的主要目标是对常量池的回收和对类的卸载，但是一般比较难实现，HotSpot 虚拟机把它当成永久代（Permanent Generation）来进行垃圾回收。
运行时常量池（Runtime Constant Pool）
运行时常量池是方法区的一部分。
Class 文件中的常量池（编译器生成的各种字面量和符号引用）会在类加载后被放入这个区域。
除了在编译期生成的常量，还允许动态生成，例如 String 类的 intern()。这部分常量也会被放入运行时常量池。
在 JDK1.7之前，HotSpot 使用永久代实现方法区；从 JDK1.7 开始HotSpot 开始移除永久代。其中符号引用（Symbols）被移动到 Native Heap中，字符串常量和类引用被移动到 Java Heap中。
在 JDK1.8 中，永久代已完全被元空间(Meatspace)所取代。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：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。
直接内存（Direct Memory）
直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分内存也被频繁地使用，而且也可能导致OutOfMemoryError 异常出现。
在 JDK 1.4 中新加入了 NIO 类，引入了一种基于通道（Channel）与缓冲区（Buffer）的 I/O方式，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在 Java 堆里的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。这样能在一些场景中显著提高性能，因为避免了在Java 堆和 Native 堆中来回复制数据。
Java中的内存分配：Java程序在运行时，需要在内存中的分配空间。为了提高运算效率，就对数据进行了不同空间的划分，因为每一片区域都有特定的处理数据方式和内存管理方式。具体划分为如下5个内存空间：
- 栈：存放局部变量
- 堆：存放所有new出来的东西
- 方法区：被虚拟机加载的类信息、常量、静态常量等。
- 程序计数器(和系统相关)
- 本地方法栈
1、程序计数器：每个线程拥有一个PC寄存器；在线程创建时创建；指向下一条指令的地址；执行本地方法时，PC的值为undefined。
2、方法区：
保存装载的类信息：类型的常量池；字段，方法信息；方法字节码；通常和永久区(Perm)关联在一起。
3、堆内存：和程序开发密切相关，应用系统对象都保存在Java堆中，所有线程共享Java堆；对分代GC来说，堆也是分代的；GC管理的主要区域。
4、栈内存：线程私有，生命周期和线程相同；栈由一系列帧组成（因此Java栈也叫做帧栈）；帧保存一个方法的局部变量、操作数栈、常量池指针；每一次方法调用创建一个帧，并压栈。
Java虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法被调用的时候都会创建一个栈帧，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中从入栈到出栈的过程。在Java虚拟机规范中，对这个区域规定了两种异常情况：
1）如果线程请求的栈深度太深，超出了虚拟机所允许的深度，就会出现StackOverFlowError（比如无限递归。因为每一层栈帧都占用一定空间，而 Xss 规定了栈的最大空间，超出这个值就会报错）
2）虚拟机栈可以动态扩展，如果扩展到无法申请足够的内存空间，会出现OOM
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