Java虚拟机（Java Virtual Machine）

JVM（Java Virtual Machine）,Java虚机机，是JDK最底层的东西。只要能将源代码编译成字节码（.class）文件，就可以由JVM在不同平台上解释成机器指令来执行。所以，Java语言的平台无关性，实际上是因为有不同平台下的JVM的支持。

自动内存管理机制

Java程序的内存分配由JVM管理，所管理的内存划分为5个不同的数据区域。自动内存管理可归结为解决两个问题：给对象分配内存以及回收分配给对象内存。

程序计数器

用途：当前线程所执行的字节码的行号指示器。

生命周期：与线程相同。为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器。（线程私有）

虚拟机栈

用途：描述Java方法执行内存模型：每个方法执行会创建一个栈帧入栈，用来存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，方法执行完成时出栈。

生命周期：与线程相同。（线程私有）

本地方法栈

用途：与虚拟机栈类似，给Native方法使用。（线程私有）

生命周期：与线程相同。（线程私有）

堆区

用途：存放对象实例。

生命周期：虚拟机启动时创建。（线程共享）

设置大小：-Xmx和-Xms。

方法区

用途：存储已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。

给对象分配内存

以HotSpot虚拟机为例

对象的创建

1、查找对应类的符号引用，没有则加载相应的类。

2、分配内存给新对象。

3、初始化零值。

4、设置对象头信息。（类元数据信息、哈希码等）。

5、初始化对象。

对象的内存布局

1、对象头：存储对象自身的运行时数据，如哈希码、线程持有的锁、GC分代年龄等。

2、实例数据：程序中定义的各种类型的字段内容。

3、对齐填充：起占位符作用，为满足对象起始地址是8字节的整数倍。

对象的访问定位

使用直接指针访问方式，即堆对象的引用直接指向对象地址。

回收分配给对象内存

垃圾收集（Garbage Collection，GC），上面三个线程私有区域在线程结束时内存就随着回收了，所以垃圾回收一般指的是堆区和方法区。

何时回收？

判断对象是存活还是死去，常有两种方法。

一、引用计数算法

给对象中添加一个引用计数器，每当一个地方引用它就加1，引用失效则减1，计数器为0则对象已死。但是Java虚拟机不是用这种，最主要原因是很难解决对象的循环引用问题。

二、可达性分析算法

通过一系列“GC Roots”的对象作为起始点，往下搜索引用对象，搜索所经过的路径称为引用链，当一个对象不在任何一个引用链上时，则该对象已死。（Java虚拟机用这种）

GC Roots的对象包括：

1、虚拟机栈中引用的对象。

2、方法区中类静态属性或常量引用的对象。

3、本地方法栈中JNI引用的对象。

如何回收？

不同厂商、不同版本的虚拟机所提供的垃圾收集器可能会有很大差别，这一块内容就不多深入。

虚拟机性能监控与故障处理工具

JDK的命令行工具

jps：列出正在运行的虚拟机进程。

jstat：监视虚拟机各种运行状态信息。

jinfo：实时地查看和调整虚拟机各项参数。

jmap：生成堆的转储快照。

jhat：与jmap配和使用，分析jmap生成的堆转储快照。

jstack：生成虚拟机当前时刻的线程快照。

JDK可视化工具

JConsole：用来内存监控、线程监控。

VisualVM：强大的运行监控和故障处理程序，还有性能分析等功能。对性能影响小，可直接用于生产环境。

参考文献

1、《深入理解Java虚拟机》 by 周志明