所谓虚拟机，就是一台虚拟的计算机。它是一款软件，用来执行一系列虚拟计算机指令。虚拟机可以分为系统虚拟机和程序虚拟机。Java虚拟机专门为执行单个计算机程序而设计，在Java虚拟机中执行的指令我们称为Java字节码指令。一个Java程序（Java字节码的集合），通过Java虚拟机运行于各大主流系充平台，该程序以虚拟机为中介，实现了跨平台的特性。
2. 虚拟机的基本结构
类加载子系统负责从文件系统或者网络中加载Class信息，加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中可能还会存放运行时常量池信息，包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）。
Java的NIO库允许Java程序使用直接内存。直接内存是在Java堆外的、直接向系统申请的内存区间。通常，访问直接内存的速度会优于Java堆。因此出于性能考虑，读写频繁的场合可能会考虑使用直接内存。由于直接内存在Java堆外，因此它的大小不会直接受限于Xmx指定的最大堆大小，但是系统内存是有限的，Java堆和直接内存的总和依然受限于操作系统能给出的最大内存。
垃圾回收系统是Java虚拟机的重要组成部分，垃圾回收器可以对方法区、Java堆和直接内存进行回收。其中，Java堆是垃圾收集器的工作重点。和C/C++不同，Java中所有的对象空间释放都是隐式的。也就是说，Java中没有类似free0或者delete0这样的函数释放指定的内存区域。对于不再使用的垃圾对象，垃圾回收系统会在后台默默工作，默默查找、标识并释放垃圾对象，完成包括Java堆、方法区和直接内存中的全自动化管理。
每一个Java虚拟机线程都有一个私有的Java栈。一个线程的Java栈在线程创建的时候被创建。Java栈中保存着帧信息，Java栈中保存着局部变量、方法参数，同时和Java方法的调用、返回密切相关。 本地方法栈和Java栈非常类似，最大的不同在于Java栈用于Java方法的调用，而本地方法栈则用于本地方法调用。作为对Java虚拟机的重要扩展，Java虚拟机允许Java直接调用本地方法（通常使用C编写）。
PC（Program Counter）寄存器也是每个线程私有的空间，Java虚拟机会为每一个Java线程创建PC寄存器。在任意时刻，一个Java线程总是在执行一个方法，这个正在被执行的方法称为当前方法。如果当前方法不是本地方法，PC寄存器就会指向当前正在被执行的指令。如果当前方法是本地方法，那么PC寄存器的值就是undefined。
执行引擎是Java虚拟机的最核心组件之一，它负责执行虚拟机的字节码。现代虚拟机为了提高执行效率，会使用即时编译技术将方法编译成机器码后再执行。
java堆
Java堆在虚拟机启动的时候建立，它是Java程序最主要的内存工作区域。几乎所有的Java对象实例都存放于Java堆中。堆空间是所有线程共享的，这是一块与Java应用密切相关的内存区间。
整个java堆分为新生代和老年代。其中，新生代存放新生对象或者年龄不大的对象，老年代则存放年对象。新生代分为eden区、from区、to区，from区和to区两块大小相等、可以互换角色的内存空间。eden，from，to区的默认大小比例为8：1：1；新生代和老年代大小比例默认为1：2。
在绝大多数情况下，对象首先分配在eden区，在一次新生代回收后，如果对象还存活，则会进入from或者to，之后，每经过一次新生代回收，对象如果存活，它的年龄就会加1。当对象的年龄达到一定条件后（默认15岁），就会被认为是老年对象，从而进入老年代。
当Java进程启动时，虚拟机就会分配一块初始堆空间，可以使用参数-Xms指定这块空间的大小。一般来说，虚拟机会尽可能维持在初始堆空间的范围内运行。但是如果初始堆空间耗尽，虚拟机将会对堆空间进行扩展，其扩展上限为最大堆空间，最大堆空间可以使用参数-Xmx指定。在实际工作中，也可以直接将初始堆-Xms与最大堆-Xmx设置相等。这样的好处是可以减少程序运行时进行的垃圾回收次数，从而提高程序的性能。
参数-Xmn可以用于设置新生代的大小
参数-XX:SurvivorRatio=eden/from 用来设置新生代中eden空间和from/to空间的比例关系
参数-XX:NewRatio=老年代/新生代来设置新生代和老年代的比例
java栈
每一个Java虚拟机线程都有一个私有的Java栈。一个线程的Java栈在线程创建的时候被创建。Java栈中保存着帧信息，Java栈中保存着局部变量、方法参数，同时和Java方法的调用、返回密切相关。线程执行的基本行为是函数调用，每次函数调用的数据都是通过Java栈传递的。
Java栈与数据结构上的栈有着类似的含义，它是一块先进后出的数据结构，只支持出栈和入栈两种操作。在Java栈中保存的主要内容为栈帧，一个函数对应一个栈帧。每一次函数调用，都会有一个对应的栈帧被压入Java栈，每一个函数调用结束，都会有一个栈帧被弹出Java栈。当前正在执行的函数所对应的帧就是当前的帧（位于栈顶），它保存着当前函数的局部变量、中间运算结果等数据。
当函数返回时，栈帧从Java栈中被弹出。Java方法有两种返回函数的方式，一种是正常的函数返回，使用returm指令；另外一种是抛出异常。不管使用哪种方式，都会导致栈帧被弹出。
在一个栈帧中，至少要包含局部变量表、操作数栈和帧数据区几个部分。
提示：由于每次函数调用都会生成对应的栈帧，从而占用一定的栈空间，因此，如果栈空间不足（参数-Xss来指定线程的最大栈空间），那么函数调用自然无法继续进行下去。当请求的栈深度大于最大可用栈深度时，系统就会抛出StackOverflowError栈溢出错误。函数嵌套调用的层次在很大程度上由栈的大小决定，栈越大，函数可以支持的嵌套调用次数就越多。
局部变量表是栈帧的重要组成部分之一。它用于保存函数的参数以及局部变量。局部变量表中的变量只在当前函数调用中有效，当函数调用结束后，随着函数栈帧的销毁，局部变量表也会随之销毁。
由于局部变量表在栈帧之中，因此，如果函数的参数和局部变量较多，会使得局部变量表膨胀，从而每一次函数调用就会占用更多的栈空间，最终导致函数的嵌套调用次数减少。
操作数栈也是栈帧中重要的内容之一，它主要用于保存计算过程的中间结果，同时作为计算过程中变量临时的存储空间。
操作数栈也是一个先进后出的数据结构，只支持入栈和出栈两种操作。许多Java字节码指令都需要通过操作数栈进行参数传递。比如iadd指令，它就会在操作
帧数据区支持常量池解析、正常方法返回和异常处理等。数据区中保存着访问常量池的指针，方便程序访问常量池。此外，当函数返回或者出现异常时，虚拟机必须恢复调用者函数的栈帧，并让调用者函数继续执行下去。对于异常处理，虚拟机必须有一个异常处理表，方便在发生异常的时候找到处理异常的代码（也就是代码中的try/catch），因此异常处理表也是帧数据区中重要的一部分。from，to相当于try包裹的部分，target为catch部分，type为异常的类型。
局部变量表
操作数栈
帧数据区
注意：栈上分配是Java虚拟机提供的一项优化技术，它的基本思想是，对于那些线程私有的对象（这里指不可能被其他线程访问的对象），可以将它们打散分配在栈上，而不是分配在堆上。分配在栈上的好处是可以在函数调用结束后自行销毁，而不需要垃圾回收器的介入，从而提高系统的性能。
-Xss参数指定线程的栈大小
方法区
方法区存放类的信息，此外方法区中可能还会存放运行时常量池信息，包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）。和Java堆一样，方法区是一块所有线程共享的内存区域。如果系统定义了太多的类，导致方法区溢出，虚拟机同样会抛出内存溢出错误。
在JDK1.6、JDK1.7中，方法区可以理解为永久代（Perm）。永久区默认大小64MB。JDK1.8移除永久代改为元数据区（Metaspace），在不指定大小的情况下，类元数据区大小受到本机的可用内存容量的限制（使用参数-XX:MaxMetaspaceSize 指定大小），默认情况下意味着java.lang.OutOfMemoryError: PermGen的空间不足问题将不复存在。
-XX:PermSize表示初始的永久区大小
-XX:MaxPermSize表示最大永久区
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作者：宿久
来源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/qq_22200097/article/details/85157406
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