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1虚拟机概述
所谓虚拟机，就是一台虚拟机的机器，它是一款软件，用来执行一系列虚拟计算机指令，大体上虚拟机分为系统虚拟机（VMWare、Visual Box等） 和
程序虚拟机（Java虚拟机等）。
系统虚拟机：他们是对物理计算机的仿真，提供了一个可运行完整操作系统的软件平台。
程序虚拟机：典型代表就是JVM，它专门为执行单个计算机程序而设计。
无论是系统虚拟机还是程序虚拟机，在上面运行的软件都被限制于虚拟机提供的资源中。
2 jvm的基本结构
2.1 基本概念说明
1）类加载子系统：负责从文件系统或者网络中加载Class信息，加载的信息存放在一块称之为方法区的内存空间。
2）方法区：存放类信息，常量信息、常量池信息、包括字符串字面量和数字常量等。
3）java堆：
在java虚拟机启动的时候建立java堆，它是java程序最主要的内存工作区域，几乎所有的对象实例都存放到java堆中，对空间是所有线程共享的。
4）栈： 相对于Java Heap来讲，Java
Stack是线程私有的。她的生命周期与线程相同（每个虚拟机线程都有一个私有的栈，一个线程的java栈在线程创建的时候被创建）。Java
Stack描述的是Java方法执行时的内存模型，每个方法执行时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、方法参数、返回值、操作数栈、动态链接
、方法出口等信息。从下图从可以看到，每个线程在执行一个方法时，都意味着有一个栈帧在当前线程对应的栈帧中入栈和出栈。
图中可以看到每一个栈帧中都有局部变量表。局部变量表存放了编译期间的各种基本数据类型，对象引用等信息。
5）本地方法栈：本地方法栈（Native Stack）与Java虚拟机站（Java
Stack）所发挥的作用非常相似，他们之间的区别在于虚拟机栈为虚拟机栈执行java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为使用到本地方法（通常使用C编写）服务
6）PC（Program Count
Register）寄存器也是每个线程私有的空间，java虚拟机会为每个线程创建PC寄存器，在任意时刻，一个java线程总是在执行一个方法，这个方法被称为当前方法，如果当前方法不是本地方法，PC寄存器就会执行当前正在被执行的指令，如果是本地方法，则PC寄存器值为undefined,寄存器存放如当前执行环境指针、程序计数器、操作栈指针、计算的变量指针等信息。
7）垃圾回收器： 垃圾收集系统是java的核心，java有一套自己进行垃圾清理的机制，开发人员无需手工清理，下面会进行详解
8）执行引擎： 虚拟机最核心的组件，它负责执行虚拟机的字节码。一般会先进行编译成机器码后执行
9) 直接内存：Java的NIO库允许java程序使用直接内存，从而提高性能，通常直接内存速度会优于java堆。读写频繁的场合可能会考虑使用。
2.2 java堆详解
java堆是和java应用程序关系最为密切的内存空间，几乎所有的对象都存放在其中，并且java堆完全是自动化管理的，通过垃圾回收机制，垃圾对象会自动清理，不需要显示地释放。
根据垃圾回收机制不同，java堆有可能拥有不同的结构。最为常见的就是将整个java堆分为新生代和老年代
。其中新生代存放新生的对象或者年龄不大的对象，老年代则存放老年对象。
新生代分为eden区、s0区（from区）、s1区（to区），s0和s1是两块大小相等并且可以互换角色的空间。
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s0或者s1区，之后每经过一次新生代回收，如果对象存活则它的年龄+1，当对象达到一定的年龄后，则进入老年代。
永久代也是在堆内存中保存的，但是永久代不会被回收。
jdk 8 以后的jvm,移除了永久代，取而代之的是metaspace（元空间）。
元空间是JDK 1.8 之后才有的，功能和永久代类似。唯一到的区别是，永久代使用的是JVM的堆内存空间，而元空间使用的是物理内存，直接受到本机的物理内存限制。
2.3 java栈详解
java栈是一块线程私有的内存空间，一个栈，一般有三部分组成：局部变量表、操作数栈和帧数据区
局部变量表：用于保存函数的参数及局部变量。
操作数栈：主要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。
帧数据区
：除了局部变量表和操作数栈以外，栈还需要一些数据来支持常量池的解析，这里帧数据区保存着访问常量池的指针，方便程序访问常量池，另外，当函数返回或者出现异常时，虚拟机必须有一个异常处理表，方便发生异常的时候找到异常的代码，因此异常处理表也是帧数据区的一部分。
2.4 java方法区
java方法区和堆一样，方法区是一块所有线程共享的内存区域，，它保存系统的类信息，比如类的字段、方法、常量池等。方法区的大小决定了系统可以保存多少个类，如果系统定义大多的类，导致方法区溢出。虚拟机同样会抛出内存溢出错误，方法区可以理解为永久区（Perm）.
2.5 总结
1） 堆解决的是数据存储的问题，即数据怎么放，放在哪儿。
2） 栈解决程序的运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据。
3）方法区则是辅助堆栈的一块永久区，解决堆栈信息的产生，是先决条件。
案例说明：
我们创建一个新的对象User: 那么User类的一些信息（类信息、静态信息都存在于方法区中），
而User类被实例化出来之后，被存储到java堆中，一块内存空间
当我们去使用的时候，都是使用User对象的引用，形如User user = new User();
这里的user就是存放在java栈中的，即User真实对象的一个引用。
4） 线程私有的数据区域有：
Java虚拟机栈（Java Stack）
本地方法栈（Native Stack）
5） 线程共有的数据区域有：
堆（Java Heap）
方法区
3 垃圾回收概念和其算法
3.1 垃圾回收（Garbage Collection,简称GC）
需要先知道什么是垃圾，类比日常生活中的垃圾，我们会把他们丢入垃圾桶，然后倒掉。GC中的垃圾，特指存在于内存中、不会再被使用的对象，而回收就是相当于把垃圾“倒掉”。
3.2 垃圾回收算法
1）引用计数法
：这是个比较古老而经典的垃圾收集算法，其核心就是在对象被其他所引用时计数器加1，而当引用失效时则减一，但是这种方式有非常严重的问题：无法处理循环引用的情况、还有就是每次进行加减操作比较浪费系统性能。
2）复制算法
：其核心思想就是将内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存留对象复制到未被使用的内存块中去，之后去清除之前正在使用的内存块中所有的对象，反复去交换两个内存的角色，完成垃圾收集。（java中新生代的from和to空间就是使用这个算法）
3）标记清除法
：就是分为标记和清除两个阶段进行处理内存中的对象，当然这种方式也有非常大的弊端，就是空间碎片问题，垃圾回收后的空间不是连续的，不连续的内存空间的工作效率要低于连续的内存空间。
4）标记压缩法：标记压缩法在标记清除法基础上做了优化，把存活的对象压缩到内存一端，而后进行垃圾清理。
（java中老年代使用的就是标记压缩法）
5）分代算法：就是根据对象的特点把内存分成N块，而后根据每个内存的特点使用不同的算法。
对于新生代和老年代来说，新生代回收频率很高，但是每次回收耗时都很短，而老年代回收频率较低，但是耗时会相对较长，所以应该尽量减少老年代的GC.
6）分区算法：
其主要就是将整个内存分为N多个小的独立空间，每个小空间都可以独立使用，这样细粒度的控制一次回收多少个小空间和哪几个小空间，而不是对这个空间进行GC，从而提升性能，并减少GC的停顿时间。
3.3 垃圾收集器
在java虚拟机中，垃圾回收器不仅仅只有一种，什么情况下该使用哪种，对性能又有什么样的影响，让我们一起探讨一下：
1）串行垃圾回收器：它为单线程环境设计并且只使用一个线程进行垃圾回收，会暂停所有的用户线程。
2）并行垃圾回收器：多个垃圾回收线程并行工作，此时用户线程是暂停的，适用于科学计算/大数据处理等弱交互场景。
ParNew回收器
ParallelGC回收器
ParallelOldGC回收器
3）并发垃圾收集器：用户线程和垃圾收集线程同时执行（不一定是并行，可能交替执行），不需要停顿用户线程适用于对响应时间有要求的场景。
CMS回收器
G1回收器
如有错误，请指出。未完待续...