Java虚拟机（Java virtual machine）实现了Java语言最终要得特征：即平台无关性。
平台无关性原理：编译后得Java程序（.class）文件由JVM执行。JVM屏蔽了与具体平台相关的信息，使程序可以在多种平台上不加修改的运行。JVM在执行字节码的时候，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。因此实现Java平台无关性。
一. JVM结构图
1. Java程序的执行流程
所有的Java程序代码必须保存在*.java文件中，这些称为源代码。这些源代码并不能够直接运行，必须通过javac.exe命令将它们编译成*.class文件，而后用java.exe命令在JVM进程中解释此流程。
实际上当JVM将所需要的*.class文件加载到JVM进程之中，那么这个过程就需要一个类加载器（ClassLoader）。有类加载器的好处在于：可以随意指定程序*.class文件的所在路径。
2. JVM
JVM = 类加载器 classloader+ 执行引擎 execution engine + 运行时数据区域 runtime data area
首先Java源代码文件被Java编译器编译为字节码文件，然后JVM中的类加载器加载完毕之后，交由JVM执行引擎执行。在整个程序执行过程中，JVM中的运行时数据区（内存）会用来存储程序执行期间需要用到的数据和相关信息。
JVM会提供本地方法接口和本地方法库供JAVA程序调用，前面这些都是程序运行的辅助手段，而最终程序的运行是在运行时数据区里面。
因此，在Java中我们常常说到的内存管理就是针对这段空间（运行时数据区域）进行管理（如何分配和回收内存空间）。
（1）ClassLoader
ClassLoader把硬盘上的class文件加载到JVM中的运行时数据区域，但是它不负责这个类文件能否执行，这是执行引擎负责的。
（2）执行引擎
作用就是来执行字节码，或者执行本地方法
（3）运行时数据区
JVM在运行期间，在运行时数据区对JVM内存空间的划分和分配，划分为了一以下5个区域来处理：
1）方法区（共享区）----1.7之后放在了堆中
它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译期编译后的代码等数据；由于使用反射机制的原因，虚拟机很难推测哪个类信息不再使用，因此这块区域的回收很难！
同样当方法区无法满足内存需求时，会抛出OOM错误。
2）堆内存（共享区）
保存所有引用数据类型的真实信息。
对于大多数应用来说，Java堆是Jvm所管理的内存中最大的一块。Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在jvm启动时候创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
如果在堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，将会抛出OutOfMemoryError异常。
3）栈内存（私有的）
（也就是虚拟机栈，或者说是虚拟机栈中局部变量表部分）：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，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其它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）。
- JVM栈是私有的，并且生命周期与线程相同。当线程运行完毕后，相应内存也就会被自动回收。
- 栈里面存放的元素叫栈帧，每个方法从调用到执行结束，其实是对应一个栈帧的入栈和出栈。
- 这个区域可能有两种异常：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常（如：将一个函数反复递归自己，最终会出现这种异常）。如果JVM栈可以动态扩展（大部分JVM是可以的），当扩展时无法申请到足够内存则抛出OutOfMemoryError异常。
4）程序计数器（私有的）
是一个非常小的内存空间，小到可以忽略。主要是用来指向下一个将要执行的指令代码。如该线程正在执行一个Java方法，则计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码地址，如执行native方法，则计数器值为空。比如下面“4”的提示正是它的一个表现；
1 public class Test 2 public static void main(String args[]){ 3 String str=null; 4 str.length(); 5 } 6 }
运行后，会在第4行的时候抛出空指针异常：
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException at Test.main(Test.java:4)
为了线程切换后能够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，各个线程之间计数器互不影响，独立存储，我们称这类内存区域为“线程私有”的内存。
5）本地方法栈（私有的）
每一次执行递归的方法处理的时候，实际上都会将上一个方法入栈；
本地方法栈VS 虚拟机栈（栈内存）：前者是为JVM使用到的Native方法服务，而后者是为JVM执行Java方法（也就是字节码）服务。本地方法栈也会抛出StackOverflowError和OutofMemoryError异常。
比如：下面就会出现栈溢出的错误：
public class Test { public static void main(String args[]) { f(); } public static void f() { f(); } }
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError at mytest2.Test.f(Test.java:8) at mytest2.Test.f(Test.java:8) at mytest2.Test.f(Test.java:8) at mytest2.Test.f(Test.java:8) at mytest2.Test.f(Test.java:8) at mytest2.Test.f(Test.java:8) at mytest2.Test.f(Test.java:8) at mytest2.Test.f(Test.java:8)
方法入栈：如下图：假设方法A调用了B，方法B调用了C，方法C调用了D；首先A会入栈，然后B如栈，然后C，然后D。倘若一致程序在调用，导致栈一致在被占用，就会导致程序不能够往下继续执行了。
Java内存管理就是指的运行时数据区，Java只能够管理这部分。因此Java中的内存调优，实际上就是调的运行时数据区。
6）运行时常量池
- 存放类中固定的常量信息、方法引用信息等，其空间从方法区域（JDK1.7后为堆空间）中分配。
- Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有就是常量表，用于存放编译期已可知的常量，这部分内容将在类加载后进入方法区（永久代）存放。但是Java语言并不要求常量一定只有编译期预置入Class的常量表的内容才能进入方法区常量池，运行期间也可将新内容放入常量池（最典型的String.intern()方法）。
- 当常量池无法在申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常，上面也分析过了。
3. 堆和栈的区别
这是一个非常常见的面试题，主要从以下几个方面来回答。
（1）各司其职
最主要的区别就是栈内存用来存储局部变量和方法调用信息。
而堆内存用来存储Java中的对象。无论是成员变量、局部变量还是类变量，它们指向的对象都存储在堆内存中。
（2）空间大小
栈的内存要远远小于堆内存，如果你使用递归的话，那么你的栈很快就会充满并产生StackOverFlowError。
（3）独有还是共享
栈内存归属于线程的私有内存，每个线程都会有一个栈内存，其存储的变量只能在其所属线程中可见。
而堆内存中的对象对所有线程可见，可以被所有线程访问。
（4）异常错误
如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常。
如果JVM栈可以动态扩展（大部分JVM是可以的），当扩展时无法申请到足够内存则抛出OutOfMemoryError异常。
而堆内存没有可用的空间存储生成的对象，JVM会抛出java.lang.OutOfMemoryError。
二. JVM的分类
实际上，有三种JVM：
（1） SUN公司最早改良的HOTSPOT
（2） BEA公司的：JRockit
（3） IBM：JVM’s
而Oracle在收购了SUN和BEA公司后，得到了业内的两个虚拟机的版本。它正在试图将这两个虚拟机合并成一个虚拟机，从1.8开始，这个合并已经成功了，这是一个重要的JDK版本。
范例：取得当前的JVM版本（java -version）
所谓的混合模式（mixed mode）：指的就是适合于编译和执行。
范例：使用纯解释模式启动：
范例：使用纯编译模式
HOTSPOT这个虚拟机我们是可以进行控制的，但是没有必要。实际上现在的JDK的设计都已经开始为服务器而准备的。对于JVM的启动模式分为两种：
（1）-server：服务器模式，占用的内存大，启动速度慢
（2）-client：本地单机运行程序模式，启动速度快
比如：打开JRE文件夹（安装路径），找到jvm.cfg，这个文件中有如下内容：
说明clent忽略了。说明JAVA默认启动方式是服务器模式了。
三. Java对象访问模式
Java的引用类型是最为重要的数据处理模型。而整个的引用数据类型处理之中会牵扯到：堆内存、栈内存、方法区。
下面以一个最简单的程序代码为主：“Object obj=new Object()”，实例化了一个Object类对象。
（1） Object obj：描述的是保存在栈内存之中，而保存有堆内存的引用，这个数据会保存在本地变量表中。（这个表中有变量名，栈，堆）
（2） New Object（）：一个真正的对象，对象保存在堆内存中。
直观思路整个引用的操作：
- 新定义的对象的名称保存在本地变量表，而后在这块区域需要确认要与之对应的栈内存
- 通过变量表中的栈内存地址可以找到堆内存。
- 而后利用对内存的对象进行本地方法的调用（方法区）
对于引用数据类型的访问实际上是存在两种模式的：
1. 第一种：通过句柄访问
句柄：可以理解为拿着对象的关键因素的东西，我们需要通过这个关键因素去寻找对象。Java堆中将会划分出一块内存来作为句柄池,refenerce中存储的就是对象的句柄的地址,而句柄中包 含了对象实例数据与类型数据各自的具体地址信息。
优点 : 最大的好处就是reference中存储的是稳定的句柄的地址,在对象被移动(垃圾回收时移动对象是很常见的行为)时只会改变句柄中的实例数据的地址,而reference本身不需要修改。
使用：对象不是一次性找到的。需要通过句柄先找到对象实例数据，然后需要通过句柄找到对象类型数据。整个过程很麻烦。确保对象的真实存在。（也就是说，先要通过句柄找到对象在哪，然后通过句柄找到类型信息，最后找到操作符方法）
2. 第二种：通过直接指针访问（对象的保存模式）
定义 : reference中存储直接对象的地址,但是必须考虑放置访问类型数据的相关信息
优点 : 访问速度快,节省了一次指针定位的时间开销，省略了句柄到对象的查找。
参考文献：
https://blog.csdn.net/SEU_Calvin/article/details/51404589
《深入理解JAVA虚拟机》
李兴华老师的《Java内存模型》