JVM全称 Java Virtual Machine ，即Java虚拟机，是用于运行Java程序编译后的字节码文件（.class）。
我们知道，Java的口号是： “Write once, run anywhere”，即一次编写，到处运行。为什么可以做到这样呢，其实就是依赖于JVM。
在不同的操作系统上，只要安装了对应的虚拟机，那么同样的一份代码，就可以随意移植。
当编写完Java代码时，即产生 .Java文件，会通过Java编译器编译为.class 文件，然后通过Class Loader把类信息加载到JVM中，最后JVM再去调用操作系统。这样，只要JVM正确执行.class文件，就可以实现跨平台了。
1.JVM的内存模型图
在jvm1.8之前，jvm的逻辑结构和物理结构是对应的。即Jvm在初始化的时候，会为堆（heap），栈（stack），元数据区（matespace）分配指定的内存大小，Jvm线程启动的时候会向服务器申请指定的内存地址空间进行分配。在jdk1.8之后，使用了G1垃圾回收器，逻辑上依然存在堆，栈，元数据区。但是在物理结构上，G1采用了分区(Region)的思路，将整个堆空间分成若干个大小相等的内存区域，每次分配对象空间将逐段地使用内存。因此，在堆的使用上，G1并不要求对象的存储一定是物理上连续的，只要逻辑上连续即可；每个分区也不会确定地为某个代服务，可以按需在年轻代和老年代之间切换。启动时可以通过参数-XX:G1HeapRegionSize=n可指定分区大小(1MB~32MB，且必须是2的幂)，默认将整堆划分为2048个分区。
2.栈（虚拟机栈）
图片来源：http://www.th7.cn/Program/java/201601/749326.shtml
虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）是线程隔离的，每创建一个线程时就会对应创建一个Java栈，即每个线程都有自己独立的虚拟机栈。这个栈中又会对应包含多个栈帧，每调用一个方法时就会往栈中创建并压入一个栈帧，栈帧存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息，每一个方法从调用到最终返回结果的过程，就对应一个栈帧从入栈到出栈的过程。
当函数执行结束返回时，栈帧从Java栈中被弹出。Java方法有两种返回的方式，一种是正常函数返回，即使用 return； 另外一种是抛出异常。不管哪种方式，都会导致栈帧被弹出。
因此虚拟机栈不会产生垃圾。
虚拟机栈与数据结构上的栈有着类似的含义，它是一个先进后出的数据结构，线程运行过程中，只有处于栈顶的栈帧才是有效的，称为当前栈帧，与这个栈帧相关联的方法称为当前方法，当前活动帧栈始终是虚拟机栈的栈顶元素。
局部变量表存放了编译期可知的各种基本数据类型和对象引用类型。通常我们所说的“栈内存”指的就是局部变量表这一部分。
局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧分配多少内存是固定的，运行期间不会改变局部变量表的大小。
64位的long和double类型的数据会占用2个局部变量空间，其余的数据类型只占用1个。
栈的大小可以固定也可以动态扩展。
在固定大小的情况下，JVM会为每个线程的虚拟机栈分配一定的内存大小（-Xss参数），因此虚拟机栈能够容纳的栈帧数量是有限的，若栈帧不断进栈而不出栈，最终会导致当前线程虚拟机栈的内存空间耗尽，会抛出StackOverflowError异常。
在动态扩展的情况下，当整个虚拟机栈内存耗尽，并且无法再申请到新的内存时，就会抛出OutOfMemoryError异常。
栈溢出代码：
public class StackOverFlow {
public static void main(String[] args) {
new StackOverFlow().test();
}
private void test() {
System.out.println("run...");
test();
}
}
2.1、 局部变量表
局部变量表示栈帧的重要组成部分之一。它用于保存函数已经局部变量。局部变量表中的变量只有在当前的函数中调用有效，当调用函数结束以后，随着函数栈帧的销毁，局部变量表也随之销毁。
2.2、 操作数栈
操作数栈也是栈帧中重要的内容之一，它主要保存计算过程中的结果，同事作为计算过程临时变量的存储空间。
操作数栈也是一个先进后出的数据结构，只支持入栈和出栈的两种操作，Java的很多字节码指令都是通过操作数栈进行参数传递的。比如iadd指令，它就会在操作数栈中弹出两个整数进行加法计算，计算结果会被入栈。入下图所示：
2.3、 帧数据区
每个栈帧都包含一个指向运行时常量池中该栈帧所属性方法的引用，持有这个引用是为了支持方法调用过程中的动态连接。在Class文件的常量池中存有大量的符号引用，字节码中的方法调用指令就以常量池中指向方法的符号引用为参数。这些符号引用一部分会在类加载阶段或第一次使用的时候转化为直接引用，这种转化称为静态解析。另外一部分将在每一次的运行期期间转化为直接引用，这部分称为动态连接
3.本地方法栈
本地方法栈是虚拟机使用到的native方法服务，因为Java无法直接操作系统，底层调用的c或者c++，我们打开jdk安装目录可以看到也有很多用c编写的文件，可能就是native方法所调用的c代码。
本地方法栈的功能和特点类似于虚拟机栈，均具有线程隔离的特点以及都能抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
不同的是，本地方法栈服务的对象是JVM执行的native方法，而虚拟机栈服务的是JVM执行的java方法。
HotSpot虚拟机不区分虚拟机栈和本地方法栈，两者是一块的。
4.程序计数器
程序计数器（Program Counter Register）是JVM中一块较小的内存区域，保存着当前线程执行的虚拟机字节码指令的内存地址（可以看作当前线程所执行的字节码的行号指示器）。
如果线程执行的是java方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址（可以理解为上图所示的行号），如果正在执行的是native方法，这个计数器的值为undefined。
此区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域，因为程序计数器是由虚拟机内部维护的，不需要开发者进行操作。
程序计数器作用
JVM的多线程是通过线程轮流切换并分配CPU执行时间片的方式来实现的，任何一个时刻，一个CPU都只会执行一条线程中的指令。为了保证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，各线程间的程序计数器独立存储，互不影响。
5.方法区(静态区)
方法去在JVM中是一个非常重要的区域，就像堆一样，是被线程共享的区域。在方法区中，存储了每个类的信息(包括类的名称，方法信息，字段信息)，静态变量，常量以及编译器编译后的代码等。
Java 虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做 Non-Heap（非堆），目的应该是与 Java 堆区分开来。
JDK7 之前（永久代）用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、字符串常量、类静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
运行时常量池（Runtime Constant Pool）
Class 文件中除了有类的版本/字段/方法/接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将类在加载后进入方法区的运行时常量池中存放。运行期间也可能将新的常量放入池中，这种特性被开发人员利用得比较多的是 String.intern() 方法。受方法区内存的限制，当常量池无法再申请到内存时会抛出 OutOfMemoryError 异常。
HotSpot中方法区的演进
在jdk7及以前，习惯上把方法区，称为永久代。jdk8开始，使用元空间取代了永久代。
而到了JDK 8，终于完放弃了永久代的概念，改用与JRockit、J9一样在本地内存中实现的元空间（Metaspace）来代替
元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现。不过元空间与永久代最大的区别在于：元空间不在虚拟机设置的内存中、而是使用本地内存。
永久代、元空间二者并不只是名字变了，内存结构也调整了。
根据《Java虚拟机规范》的规定，如果方法区无法满足新的内存分配需求时，将抛出OOM异常。
6.堆
Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。
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，每个对象都包含一个与之对应的class的信息(class信息存放在方法区)。
Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，称为"GC堆"
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。
堆区是JVM中最大一块内存区域，存储着各类生成的对象、数组等，所有通过new创建的对象的内存都在堆中分配，JVM8中把运行时常量池、静态变量也移到堆区进行存储。堆区被细化可以分为年轻代、老年代,其实不分代完全可以，分代的唯一理由就是优化GC性能
堆内存的划分
Java虚拟机将堆内存划分为新生代、老年代和永久代，永久代是HotSpot虚拟机特有的概念（JDK1.8之后为metaspace替代永久代，并且改为存放在本地内存中），它采用永久代的方式来实现方法区，其他的虚拟机实现没有这一概念，而且HotSpot也有取消永久代的趋势，在JDK 1.7中HotSpot已经开始了“去永久化”，把原本放在永久代的字符串常量池移出。永久代主要存放常量、类信息、静态变量等数据，与垃圾回收关系不大，新生代和老年代是垃圾回收的主要区域。
新生代（Young Generation）
新生成的对象优先存放在新生代中，新生代对象朝生夕死，存活率很低，在新生代中，常规应用进行一次垃圾收集一般可以回收70% ~ 95% 的空间，回收效率很高。
HotSpot将新生代划分为三块，一块较大的Eden（伊甸）空间和两块较小的Survivor（幸存者）空间，默认比例为8：1：1。划分的目的是因为HotSpot采用复制算法来回收新生代，设置这个比例是为了充分利用内存空间，减少浪费。新生成的对象在Eden区分配（大对象除外，大对象直接进入老年代），当Eden区没有足够的空间进行分配时，虚拟机将发起一次Minor GC。
GC开始时，对象只会存在于Eden区和From Survivor区，To Survivor区是空的（作为保留区域）。GC进行时，Eden区中所有存活的对象都会被复制到To Survivor区，而在From Survivor区中，仍存活的对象会根据它们的年龄值决定去向，年龄值达到年龄阀值（默认为15，新生代中的对象每熬过一轮垃圾回收，年龄值就加1，GC分代年龄存储在对象的header中）的对象会被移到老年代中，没有达到阀值的对象会被复制到To Survivor区。接着清空Eden区和From Survivor区，新生代中存活的对象都在To Survivor区。接着， From Survivor区和To Survivor区会交换它们的角色，也就是新的To Survivor区就是上次GC清空的From Survivor区，新的From Survivor区就是上次GC的To Survivor区，总之，不管怎样都会保证To Survivor区在一轮GC后是空的。GC时当To Survivor区没有足够的空间存放上一次新生代收集下来的存活对象时，需要依赖老年代进行分配担保，将这些对象存放在老年代中。
老年代（Old Generationn）
在新生代中经历了多次（具体看虚拟机配置的阀值）GC后仍然存活下来的对象会进入老年代中。老年代中的对象生命周期较长，存活率比较高，在老年代中进行GC的频率相对而言较低，而且回收的速度也比较慢。
永久代（Permanent Generationn）
永久代存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据，对这一区域而言，Java虚拟机规范指出可以不进行垃圾收集，一般而言不会进行垃圾回收。
常用设置参数说明:
-Xms256M：初始堆大小256M，默认为物理内存的1/64
-Xmx1024M：最大堆大小1024M，默认为物理内存的1/4，等于与-XX:MaxHeapSize=64M
-Xmn64M：年轻代大小为64M（JDK1.4后支持），相当于同时设置NewSize和MaxNewSize为64M
-XX:NewSize=64M：初始年轻代大小
-XX:MaxNewSize=256M：最大年轻代大小（默认为堆最大值的1/3）
-XX:OldSize=64M：年老代大小64M（测试验证JDK1.8.191该参数设置无效，JDK11下设置成功）
-XX:NewRatio=4：年老代:年轻代=4:1，默认值2
-XX:SurvivorRatio=8：年轻代中，2个Survivor区与1个Eden区比例=2:8，Survivor占新生代内存比例为1/5，默认值8
-XX:MaxHeapFreeRatio=70：堆内存使用率大于70时扩张堆内存，xms=xmx时该参数无效，默认值70
-XX:MinHeapFreeRatio=40：堆内存使用率小于40时缩减堆内存，xms=xmx时该参数无效，默认值40-Xms256M：初始堆大小256M，默认为物理内存的1/64
-Xmx1024M：最大堆大小1024M，默认为物理内存的1/4，等于与-XX:MaxHeapSize=64M
-Xmn64M：年轻代大小为64M（JDK1.4后支持），相当于同时设置NewSize和MaxNewSize为64M
-XX:NewSize=64M：初始年轻代大小
-XX:MaxNewSize=256M：最大年轻代大小（默认为堆最大值的1/3）
-XX:OldSize=64M：年老代大小64M（测试验证JDK1.8.191该参数设置无效，JDK11下设置成功）
-XX:NewRatio=4：年老代:年轻代=4:1，默认值2
-XX:SurvivorRatio=8：年轻代中，2个Survivor区与1个Eden区比例=2:8，Survivor占新生代内存比例为1/5，默认值8
-XX:MaxHeapFreeRatio=70：堆内存使用率大于70时扩张堆内存，xms=xmx时该参数无效，默认值70
-XX:MinHeapFreeRatio=40：堆内存使用率小于40时缩减堆内存，xms=xmx时该参数无效，默认值40
JVM 参数设置大全：http://www.51gjie.com/java/551.html
