JVM（JavaVirtualMachine，即Java虚拟机），在Java编译器和os平台之间的虚拟处理器。

一、kre/jdk/jvm之间的关系

        jre（JavaRuntimeEnvironment，即Java运行时环境）

        JRE中包含了Java virtual machine（JVM），runtime class libraries和Java application launcher，这些是运行Java程序的必要组件。JRE是Java运行环境，并不是一个开发环境，所以没有包含任何开发工具（如编译器和调试器），只是针对于使用Java程序的用户。

        jdk（JavaDevelopmentKit，即Java开发工具包，是Sun Microsystems针对Java开发员的产品。）

      　JDK是整个JAVA的核心，包括了Java运行环境JRE（Java Runtime Envirnment）、一堆Java工具（javac/java/jdb等）和Java基础的类库（即Java API 包括rt.jar）。JDK=JRE+JVM+其它 运行Java程序一般都要求用户的电脑安装JRE环境（Java Runtime Environment）；没有jre，java程序无法运行；而没有java程序，jre就没有用武之地。

      jvm（Java virtual machin，即Java虚拟机）

        它是整个java实现跨平台的最核心的部分，所有的java程序会首先被编译为.class的类文件，这种类文件可以在虚拟机上执行。

　　也就是说class并不直接与机器的操作系统相对应，而是经过虚拟机间接与操作系统交互，由虚拟机将程序解释给本地系统执行。

　　只有JVM还不能成class的执行，因为在解释class的时候JVM需要调用解释所需要的类库lib，而jre包含lib类库。

　　JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使得Java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。

粗略关系图

二、JVM原理

1、JVM生命周期

        一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务：执行Java程序。所以JVM实例对应了一个独立运行的java程序，它是进程级别 。如下：

a) 启动。

        启动一个Java程序时，一个JVM实例就会产生，任何一个拥有public static void main（String[] args）函数的class都可以作为JVM实例运行的起点

b) 运行。

        main()作为该程序初始线程的起点，任何其他线程均由该线程启动。（JVM内部有两种线程：守护线程和非守护线程，main()属于非守护线程，守护线程通常由JVM自己使用（例如垃圾收集的线程），java程序也可以表明自己创建的线程是守护线程（可守护线程设置方法介绍相关博客）。

c) 消亡。

        当程序中的所有非守护线程都终止时，JVM才退出；若安全管理器允许，程序也可以使用Runtime类或者System.exit()来退出

      ps：程序开始执行时它才运行，程序结束时它就停止。你在同一台机器上运行三个程序，就会有三个运行中的Java虚拟机。

2、JVM体系结构

此图看出jvm内存结构：JVM内存结构主要包括两个子系统和两个组件。两个子系统分别是Classloader（类加载器）子系统和Executionengine(执行引擎)子系统；两个组件分别是Runtimedataarea(运行时数据区域)组件和Nativeinterface(本地方法接口)组件。

Classloader子系统的作用：

根据给定的类名(如java.lang.Object)来装载class文件的内容到Runtimedataarea中的methodarea(方法区域)。Java程序员可以  extends java.lang.ClassLoader  类来写自己的Classloader（加载器）。

Executionengine子系统的作用：

执行classes中的指令。任何JVMspecification实现(JDK)的核心都是Executionengine，不同的JDK例如Sun的JDK和IBM的JDK好坏主要就取决于他们各自实现的Executionengine的好坏。

Nativeinterface组件：

与nativelibraries交互，是其它编程语言交互的接口。当调用native方法的时候，就进入了一个全新的并且不再受虚拟机限制的世界，所以也很容易出现JVM无法控制的ativeheapOutOfMemory。

RuntimeDataArea组件：

方法区、堆、java栈、PC寄存器、本地方法栈

Java运行时数据区结构

第一块：PC寄存器

        PC寄存器是用于存储每个线程下一步将执行的JVM指令，如该方法为native的，则PC寄存器中不存储任何信息。

第二块：JVM栈

        JVM栈是线程私有的，每个线程创建的同时都会创建JVM栈，JVM栈中存放的为当前线程中局部基本类型的变量（java中定义的八种基本类型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double）、部分的返回结果以及Stack Frame（栈帧），非基本类型的对象在JVM栈上仅存放一个指向堆上的地址。

第三块：堆（Heap）

        它是JVM用来存储对象实例以及数组值的区域，可以认为Java中所有通过new创建的对象的内存都在此分配，堆是JVM中所有线程共享的，因此在其上进行对象内存的分配均需要进行加锁，这也导致了new对象的开销是比较大的，所以Heap中的对象的内存需要等待GC进行回收。

第四块：方法区域（Method Area）

        方法区域存放了所加载的类的信息（名称、修饰符等）、类中的静态变量、类中定义为final类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息，当开发人员在程序中通过Class对象中的getName、isInterface等方法来获取信息时，这些数据都来源于方法区域，同时方法区域也是全局共享的，在一定的条件下它也会被GC，当方法区域需要使用的内存超过其允许的大小时，会抛出OutOfMemory的错误信息。

第五块：运行时常量池（Runtime Constant Pool）

        存放的为类中的固定的常量信息、方法和Field的引用信息等，其空间从方法区域中分配。

第六块：本地方法堆栈（Native Method Stacks）

        JVM采用本地方法堆栈来支持native方法的执行，此区域用于存储每个native方法调用的状态，保存native方法进入区域的地址。

3、JVM执行过程

1) 加载.class文件 2) 管理并分配内存 3) 执行垃圾收集

        JRE 由 JVM 构造的java程序的运行环境，也是Java程序运行的环境，但是他同时一个操作系统的一个应用程序一个进程，因此他也有他自己的运行的生命周期，也有自己的代码和数据空间。JVM在整个jdk中处于最底层，负责于操作系统的交互，用来屏蔽操作系统环境，提供一个完整的Java运行环境，因此也就虚拟计算机。操作系统装入JVM是通过jdk中Java.exe来完成，通过下面4步来完成JVM环境：1) 创建JVM装载环境和配置 2) 装载JVM.dll 3) 初始化JVM.dll并挂界到JNIENV(JNI调用接口)实例4) 调用JNIEnv实例装载并处理class类。

A、类加载机制

1）Bootstrap ClassLoader /启动类加载器

        $JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class，由C++实现，不是ClassLoader子类

2）Extension ClassLoader/扩展类加载器

        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/ 系统类加载器

        负责记载classpath中指定的jar包及目录中class

4）Custom ClassLoader/用户自定义类加载器(java.lang.ClassLoader的子类)

        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（双亲委派机制）。

B、类加载双亲委派机制

        JVM在加载类时默认采用的是双亲委派机制。就是某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。

C、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。

三、垃圾回收

        Sun的JVMGenerationalCollecting(垃圾回收)原理是将内存中不再被使用的对象进行回收。GC中用于回收的方法称为收集器，由于GC需要消耗一些资源和时间，Java在对对象的生命周期特征进行分析后，按照新生代、旧生代的方式来对对象进行收集，以尽可能的缩短GC对应用造成的暂停。其中把对象分为年青代(Young)、年老代(Tenured)、持久代(Perm)，对不同生命周期的对象使用不同的算法。(基于对对象生命周期分析)

1.Young（年轻代）

年轻代分三个区。一个Eden区，两个Survivor区。大部分对象在Eden区中生成。当Eden区满时，还存活的对象将被复制到Survivor区（两个中的一个），当这个Survivor区满时，此区的存活对象将被复制到另外一个Survivor区，当这个Survivor去也满了的时候，从第一个Survivor区复制过来的并且此时还存活的对象，将被复制年老区(Tenured。需要注意，Survivor的两个区是对称的，没先后关系，所以同一个区中可能同时存在从Eden复制过来对象，和从前一个Survivor复制过来的对象，而复制到年老区的只有从第一个Survivor去过来的对象。而且，Survivor区总有一个是空的。

2.Tenured（年老代）

年老代存放从年轻代存活的对象。一般来说年老代存放的都是生命期较长的对象。

3.Perm（持久代）

用于存放静态文件，如今Java类、方法等。持久代对垃圾回收没有显著影响，但是有些应用可能动态生成或者调用一些class，例如Hibernate等，在这种时候需要设置一个比较大的持久代空间来存放这些运行过程中新增的类。持久代大小通过-XX:MaxPermSize=进行设置。

举个例子：

        当在程序中生成对象时，正常对象会在年轻代中分配空间，如果是过大的对象也可能会直接在年老代生成（据观测在运行某程序时候每次会生成一个十兆的空间用收发消息，这部分内存就会直接在年老代分配）。年轻代在空间被分配完的时候就会发起内存回收，大部分内存会被回收，一部分幸存的内存会被拷贝至Survivor的from区，经过多次回收以后如果from区内存也分配完毕，就会也发生内存回收然后将剩余的对象拷贝至to区。等到to区也满的时候，就会再次发生内存回收然后把幸存的对象拷贝至年老区。

通常我们说的JVM内存回收总是在指堆内存回收，确实只有堆中的内容是动态申请分配的，所以以上对象的年轻代和年老代都是指的JVM的Heap空间，而持久代则是之前提到的MethodArea，不属于Heap。

对于不同对象收集方法：

（1）对新生代的对象的收集称为minor GC；

（2）对旧生代的对象的收集称为Full GC；

（3）程序中主动调用System.gc()强制执行的GC为Full GC。

不同的对象引用类型， GC会采用不同的方法进行回收，JVM对象的引用分为了四种类型：

（1）强引用：默认情况下，对象采用的均为强引用（这个对象的实例没有其他对象引用，GC时才会被回收）

（2）软引用：软引用是Java中提供的一种比较适合于缓存场景的应用（只有在内存不够用的情况下才会被GC）

（3）弱引用：在GC时一定会被GC回收

（4）虚引用：由于虚引用只是用来得知对象是否被GC

垃圾回收相关算法：

确定垃圾对象的算法：引用计数法、根搜索法（设定root节点）

垃圾回收的算法：标记-清除算法、标记-整理算法、复制算法、分代收集算法

参考文章：

http://blog.csdn.net/javazejian/article/details/73413292

http://blog.csdn.net/witsmakemen/article/details/28600127

http://blog.csdn.net/u012152619/article/details/46968883