Java虛擬機器架構
- 前言
Java虛擬機器（Java virtualmachine）實現了Java語言最重要的特徵：即平臺無關性。
平臺無關性原理：編譯後的 Java程式（.class檔案）由 JVM執行。JVM遮蔽了與具體平臺相關的資訊，使程式可以在多種平臺上不加修改地執行。Java虛擬機器在執行位元組碼時，把位元組碼解釋成具體平臺上的機器指令執行。因此實現Java平臺無關性。
本文主要介紹JVM中的架構知識，轉載請註明出處：http://blog.csdn.net/seu_calvin/article/details/51404589
1.JVM結構圖
JVM = 類載入器 classloader+ 執行引擎 executionengine + 執行時資料區域 runtime data area
首先Java原始碼檔案被Java編譯器編譯為位元組碼檔案，然後JVM中的類載入器載入完畢之後，交由JVM執行引擎執行。在整個程式執行過程中，JVM中的執行時資料區（記憶體）會用來儲存程式執行期間需要用到的資料和相關資訊。
因此，在Java中我們常常說到的記憶體管理就是針對這段空間進行管理（如何分配和回收記憶體空間）。
- ClassLoader classloader把硬碟上的class檔案載入到JVM中的執行時資料區域，但是它不負責這個類檔案能否執行，而這個是執行引擎負責的。
限於篇幅，類載入器的組織結構，載入類的機制原理等會在JVM——類載入器總結一文中描述。
雙親委派模型以及自定義類載入器會在JVM——自定義類載入器一文中描述。
- 執行引擎
作用：執行位元組碼，或者執行本地方法。
- Runtime DataArea
JVM在執行期間，在執行時資料區對JVM記憶體空間的劃分和分配，劃分為了以下幾個區域來儲存。
（圖注：JDK1.7已經把常量池轉移到堆裡面了！）
PC計數器（The pc Register）
（1）每一個Java執行緒都有一個PC暫存器，用以記錄比如線上程切換回來後恢復到正確的執行位置。
（2）如該執行緒正在執行一個Java方法，則計數器記錄的是正在執行的虛擬機器位元組碼地址，如執行native方法，則計數器值為空。
（3）此記憶體區域是唯一一個在JVM中沒有規定任何OutOfMemoryError情況的區域。
JVM棧（Java Virtual MachineStacks）
（1）JVM棧是執行緒私有的，並且生命週期與執行緒相同。並且當執行緒執行完畢後，相應記憶體也就被自動回收。
（2）棧裡面存放的元素叫棧幀，每個方法從呼叫到執行結束，其實是對應一個棧幀的入棧和出棧。
棧幀用於儲存執行方法時的一些資料，如區域性變量表、運算元棧（執行引擎計算時需要），方法出口等等。
（3）這個區域可能有兩種異常：如果執行緒請求的棧深度大於虛擬機器所允許的深度，將丟擲StackOverflowError異常（如：將一個函式反覆遞迴自己，最終會出現這種異常）。如果JVM棧可以動態擴充套件（大部分JVM是可以的），當擴充套件時無法申請到足夠記憶體則丟擲OutOfMemoryError異常。
本地方法棧（Native Method Stacks）
（1）本地方法棧與虛擬機器棧所發揮的作用很相似，他們的區別在於虛擬機器棧為執行Java程式碼方法服務，而本地方法棧是為Native方法服務。
（2）和JVM棧一樣，這個區域也會丟擲StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。
方法區（Method Area）
（1）方法區域是全域性共享的，比如每個執行緒都可以訪問同一個類的靜態變數。在方法區中，儲存了已被JVM載入的類的資訊、靜態變數、編譯器編譯後的程式碼等。如，當程式中通過getName、isInterface等方法來獲取資訊時，這些資料來源於方法區。
（2）由於使用反射機制的原因，虛擬機器很難推測哪個類資訊不再使用，因此這塊區域的回收很難！另外，對這塊區域主要是針對常量池回收，值得注意的是JDK1.7已經把常量池轉移到堆裡面了。
（3）同樣，當方法區無法滿足記憶體分配需求時，會丟擲OutOfMemoryError。
執行時常量池（Runtime Constant Pool）
（1）存放類中固定的常量資訊、方法引用資訊等，其空間從方法區域（JDK1.7後為堆空間）中分配。
（2）Class檔案中除了有類的版本、欄位、方法、介面等描述資訊外，還有就是常量表，用於存放編譯期已可知的常量，這部分內容將在類載入後進入方法區（永久代）存放。但是Java語言並不要求常量一定只有編譯期預置入Class的常量表的內容才能進入方法區常量池，執行期間也可將新內容放入常量池（最典型的String.intern()方法）。
（3）當常量池無法在申請到記憶體時會丟擲OutOfMemoryError異常，上面也分析過了。
Java堆
（1）Java堆是JVM所管理的最大的一塊記憶體。它是被所有執行緒共享的一塊記憶體區域，在虛擬機器啟動時建立。
（2）幾乎所有的例項物件都是在這塊區域中存放。（JIT編譯器貌似不是這樣的）。
（3）Java堆是垃圾收集管理的主要戰場。所有Java堆可以細分為：新生代和老年代。再細緻分就是把新生代分為：Eden空間、FromSurvivor空間、To Survivor空間。JVM具體的垃圾回收機制總結請檢視我的另外一篇JVM——記憶體管理和垃圾回收。
（4）根據Java虛擬機器規範的規定，Java堆可以處於物理上不連續的記憶體空間中，只要邏輯上是連續的即可。
如果在堆中沒有記憶體完成例項分配，並且堆也無法再擴充套件時，將會丟擲OutOfMemoryError異常。
- 堆和棧的區別
這是一個非常常見的面試題，主要從以下幾個方面來回答。
（1）各司其職
最主要的區別就是棧記憶體用來儲存區域性變數和方法呼叫資訊。 而堆記憶體用來儲存Java中的物件。無論是成員變數、區域性變數還是類變數，它們指向的物件都儲存在堆記憶體中。
（2）空間大小
棧的記憶體要遠遠小於堆記憶體，如果你使用遞迴的話，那麼你的棧很快就會充滿併產生StackOverFlowError。 關於如何設定堆疊記憶體的大小，可以檢視JVM——記憶體管理和垃圾回收中的相關介紹。
（3）獨有還是共享
棧記憶體歸屬於執行緒的私有記憶體，每個執行緒都會有一個棧記憶體，其儲存的變數只能在其所屬執行緒中可見。 而堆記憶體中的物件對所有執行緒可見，可以被所有執行緒訪問。
（4）異常錯誤
如果執行緒請求的棧深度大於虛擬機器所允許的深度，將丟擲StackOverflowError異常。
如果JVM棧可以動態擴充套件（大部分JVM是可以的），當擴充套件時無法申請到足夠記憶體則丟擲OutOfMemoryError異常。