一、JVM组成架构

Java是一种跨平台语言，JVM屏蔽了底层系统的不同，为Java字节码文件构造了一个统一的运行环境。

JVM由三部分组成：类加载器，运行期数据区，执行引擎。其中运行期数据区分为四个部分：方法区，堆区，Java栈和程序计数寄存器。方法区和堆区是所有线程共享的数据区，而Java栈和程序计数寄存器则是线程独有的，每个线程均有一份。

类加载器负责将类文件加载到运行期数据区，运行时开启线程，给方法创建栈帧，并压入Java栈中。执行时由于类文件存储的是字节码指令，不能直接由操作系统解析执行，必须通过执行引擎对字节码指令进行解析成本地指令，最终在本地操作系统上进行执行。

二、字节码执行流程

将一个字节码指令交给执行引擎，首先查看该字节码是否是已经编译过的。如果是已经编译的，则直接执行编译后的机器码。如果是没有编译过的，需要将方法调用计数器加1，也就是看这个方法执行过多少次，每执行一次就加1。之后看方法调用计数器是否超过阈值。如果超过了阈值则说明这条是一个热点指令，则对此字节码进行编译，经编译器和后台执行编译，最终将其生成机器码。如果没有超过阈值，则对其进行解释执行。

三、类加载器

（1）双亲委托机制

低层次的当前类加载器，不能覆盖高层次类加载器已经加载的类。如果低层次的类加载器想加载一个未知类，需要上级类加载器确认，只有当上级类加载器确认没有加载过这个类，才会允许当前类加载器加载这个未知类。

双亲委托，其中双亲应该是指BootStrapClassLoader和ExtClassLoader两个类加载器，这两个分别是AppClassLoader的祖父和父亲，所以双亲应该是值AppClassLoader的祖父和父亲。

当AppClassLoader加载一个类的时候，如果没有加载过则需要委托给父亲加载，父亲查看是否加载过，如果没有则扔给祖父，如果祖父没有则让父亲去加载，父亲则又让AppClassLoader去加载。

（2）自定义类加载器

主要场景有：

隔离加载类：同一个JVM中不同组件加载同一个类的不同版本。

扩展加载源：从网络、数据库等处加载字节码

字节码加密：加载自定义的加密字节码，在ClassLoader中解密。

四、运行期数据区

每个JVM实例唯一对应一个堆，应用程序在运行中所创建的所有类实例或数组都存放在这个堆里，并由应用所有的线程共享。JVM为每个新创建的线程都分配一个堆栈。也就是说，对于一个java程序来说，它的运行就是通过对堆栈的操作来完成的。

Java中所有的对象的存储空间都是在堆中分配的，但是这个对象的引用却是在堆栈中分配，也就是说在建立一个对象时从两个地方都分配内存，在堆中分配的内存实际建立这个对象，而在堆栈中分配的内存只是一个指向这个堆对象的引用而已。

方法区主要存放从磁盘加载进来的类字节码，而在程序运行过程中创建的类实例则存放在堆里。程序运行的时候，实际上是以线程为单位运行的，当JVM进入启动类的main方法的时候，就会为应用程序创建一个主线程，main方法里的代码就会被这个主线程执行，每个线程有自己的java栈，栈里存放着方法运行期的局部变量。而当前线程执行到哪一行字节码指令，这个信息则被存放在程序计数寄存器中。



方法的静态变量存放在方法区内，静态变量new出来的实例则存放在堆中。没有出口的递归函数调用，肯定会导致栈溢出，这是因为java线程栈均有自己的空间上限。

五、垃圾回收

（1）回收方法

进行完标记后，JVM就会对垃圾对象占用的内存进行回收，回收主要有三种方法

• 清理：将垃圾对象占用的内存清理掉，其实JVM并不会真的将这些垃圾内存进行清理，而是将这些垃圾对象占用的内存空间标记为空闲，记录在一个空闲列表里，当应用程序需要创建新对象的时候，就从空闲列表中找一段空闲内存分配给这个新对象。

• 压缩：从堆空间的头部开始，将存活的对象拷贝放在一段连续的内存空间中，那么其余的空间就是连续的空闲空间。

• 复制：将堆空间分成两部分，只在其中一部分创建对象，当这个部分空间用完的时候，将标记过的可用对象复制到另一个空间中。

（2）垃圾回收算法

串行回收器是指使用单线程进行垃圾回收的回收器。每次回收时，串行回收器只有一个工作线程，对于并发能力较弱的计算机来说，串行回收器的专注性和独占性往往有更好的性能表现。在进行垃圾回收时，JAVA应用程序所有线程均要暂停，等待垃圾回收完成，此时便是Stop-The-World。

并行回收器是将串行回收器给多线程化，算法策略同串行回收器。由于并行回收器使用多线程进行垃圾回收，因此在并发能力强的CPU上，它产生的STW时间要比串行回收器短。

并发回收器CMS（Concurrent Mark-Sweep）首先初始化标记，需要STW，从垃圾回收的根对象开始，扫描并标记所有与跟对象关联的对象；接着是并发标记，在上一步的基础上继续向下追溯标记，这个阶段应用程序的线程和并发标记的线程并发执行，不会产生STW现象；然后是重标记阶段，需要STW，从根对象开始向下追溯，并重新标记上个阶段产生的关联对象；最后是并发清理阶段，清理垃圾对象，与应用线程并发执行。

G1回收器将堆内存划分为固定大小的多个区域，每个Region区域在JVM启动时就被划分好了，通常生成2000个左右的heap区，每个区域均有自己的新生代和老年代。与CMS回收器类似，G1回收器也分为初始标记、并发标记、最终标记和筛选回收几个阶段。基于Region区块机制，G1可对回收价值和成本进行排序回收，根据GC期望时间进行回收。