1、关系

Java运行包括4个方面Java代码(.java)、Java编译文件(.class)，Java虚拟机，Java应用程序接口。Java代码通过编译器编译成为类文件，然后被装载到字节码内存中，通过类加载放入虚拟机中，最后通过操作系统和适配器实现，而JVM则处于核心地位。

2、Java虚拟机

Java虚拟机是java基础部分，Java语言具有跨平台的特性，这也是由JVM来实现的。更准确地说，是Sun利用JVM在不同平台上的实现帮我们把平台相关性的问题给解决了。Java语言支持通过JNI（Java Native Interface）来实现本地方法的调用，但是需要注意到，如果你在Java程序用调用了本地方法，那么你的程序就很可能不再具有跨平台性，即本地方法会破坏平台无关性。JVM包括类加载子系统、运行数据区、执行引擎和本地方法接口。

生命周期总结：当一个java程序启动时，JVM就产生一个实例；程序结束，实例也就消失了。Java虚拟机通常开始与一个main方法，这个方法是public static void修饰，JVM要调用必须是public，并且不通过对象调用，所以是static，而且由于JVM已经是底层，不会有任何返回，返回类型就成了void。

2.1类加载子系统

负责加载编译好的.class字节码文件，并装入内存，使JVM可以实例化或以其它方式使用加载后的类。JVM的类加载子系统支持在运行时的动态加载，动态加载的优点有很多，例如可以节省内存空间、灵活地从网络上加载类，动态加载的另一好处是可以通过命名空间的分隔来实现类的隔离，增强了整个系统的安全性。类加载可分为4类

启动加载器

启动加载器：BootStrap Class Loader负责加载JAVAHOME/lib下的jar包，比如rt.jar文件中所有的Java类，Java的核心类都是由该ClassLoader加载。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节，开发者无法直接获取到启动类加载器的引用，所以不允许直接通过引用进行操作。

扩展类加载器

扩展类加载器：Extension Class Loader负载加载JAVA_HOME/lib/ext下的jar包，可以由开发者直接引用。

系统类加载器

系统类加载器：（System Class Loader）负载加载ClassPath下jar包及目录，通常我们自己写的Java类也是由该Class Loader加载。在Sun JDK中，系统类加载器的名字叫App Class Loader。

自定义类加载器

自定义类加载器：（User Defined Class Loader）由用户自定义类的加载规则，可以手动控制加载过程中的步骤。

加载：寻找并导入指定类型（类和接口）的二进制信息，将过类的全限定名和ClassLoader加载类，主要是将指定的.class文件加载至JVM。
当类被加载以后，在JVM内部就以类的全限定名+Class Loader实例ID来标明类。在内存中，Class Loader实例和类的实例都位于堆中，它们的类信息都位于方法区。加载中采用的是c,需要进行类加载时，先判断该类是不是已经进行加载，如果没有就在父类中进行加载，如果父类都找不到，就加载BootStrap class，如果这些都没有加载到，才加载自己的，这是Java安全性的一个保证。
加载阶段和连接阶段可能交叉进行，但是两个阶段建仍保持者固定的先手顺序

链接：将二进制的类型信息合并到JVM运行状态中。
第一步：验证，验证数据是否符合java类型，包括文件格式、元数据、字节码以及符号引用验证。
第二步：准备
第三步：解析

2.2运行时数据区

即内存空间，通常我们配置-Xms、-Xmx信息都是设置的内存，Xms表示初始内存，Xmx表示最大内存，Xmn表示设置年轻代内存等等。内存空间主要由Java堆heap、方法区method area、本地方法栈、程序计数器、Java栈组成。其中Java堆、方法取每个线程公有，而本地方法栈、程序计数器、Java栈是线程私有。

程序计数器

一块较小的内存空间，是当前线程所执行的字节码的行号指示器。Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换执行，一个确定时刻，一个处理器确切说是一个内核，只会执行一条线程的指令，为了线程切换能够恢复正确位置，所以需要有一个独立的程序计数器。

Java虚拟机栈

同样为线程私有，就是java方法执行的内存模型，每个方法执行时都会同时创建一个栈帧，用户存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口信息。每一个方法被调用直至完成过程，就是入栈到出栈的过程。

局部变量表存放了各种基本数据类型，对象引用类型（一个指向对象起始地址的引用指针，或者一个代表对象相关的位置），和returnAddress类型（指向一条字节码指令的地址）。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，并且空间已经固定，不会改变。

本地方法栈

本地方法栈与Java栈基本一样，只不过Java虚拟机栈是处理java方法（字节码）服务，而本地方法栈是为虚拟机使用Native方法服务。

后期学习：查看java字节码，使用 javap -verbose class文件；java -verbose文件名称 注此处没得后缀 是查看加载了哪些jar包和文件；javac -verbose java文件 是看虚拟器加载类哪些东西

Java堆 Heap

Java堆是虚拟机内存中最大的一块，Java对是被所有线程共享的一块内存区，用来存放对象实例。Java堆也是垃圾收集器管理的主要区域，由于现在垃圾收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆基本可以分为新生代、老年代和持久代，新生代再分为Eden空间、From survivor空间和To survivor空间。

新生代：用于存放新生的对象，对象在分配时首先分配到Eden区，当Eden区没有足够空间时，就会进行一次minor GC。通过-Xmn设置新生代大小，-XX:NewRatio=参数 设置新生代与老年代的内存空间比，-XX:SurvivorRation=参数 设置Eden区和Survivor比。

当Eden区进行minor GC后，如果对象经过一次回收并且还存活，能被Survivor去接收，就会移到Survivor（From）区，包括原From去中的对象，并将其年龄设置为1，每熬过一次minor GC年龄就会加1，当达到一定年龄后，就会晋升到老年代中。每次进行GC操作（Eden和From区），From区对象引入to区，并且和To区进行逻辑互换，保证一个Survivor区是空的，如果在放入To或者survivor区中内存不够时，会被放入Old区。Survivor设计成为两个区，应该回收中筛选更符合Old区条件的对象，因为Old区进行回收代价比较高

老年代：存放生命周期长的对象，或者是大对象（包括Eden区或者Survivor区无法放下的对象），当Old区被占满时就会进行完成的垃圾回收Full GC（Major GC）包括新生代。Full GC完成后，留下来的内存就会方法Permanent区（持久代）中。

方法区

方法区和Java堆一样，是各个线程共有的公共区域，用来存放已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。也可以被称作“永久代”，但两者本质上并不一样，只是把GC分代收集扩展到方法区了，相对Java堆而言，垃圾收集行为在访法区比较少见，主要针对常量池的回收和对类型的卸载。

运行时常量池

运行时常量池是属于方法区的一部分，是存放编译期生成的各种字面量和符号引用，当类被加载后，这些信息就会放入到访法区运行时常量池中。另外，运行区常量还具有动态特征，不要求常量一定要在编译期产生，运行期间也可能将新的常量放入常量池中，如String的intern方法。

直接内存

不是JVM中一部分，是由于new I/O 可以使用native直接分配堆外内存，然后通过存储在java堆里面的DirectByteBuffer对象作为这块内存的引用进行操作。

2.3 对象访问

对象访问在java中无处不在，即使最简单的访问，也会涉及到Java堆、Java栈和方法区。

如：Object obj = new Object（）；Object obj 作为对象引用，会被放入到Java本地栈中，通过一个reference获取，而引用方式有两种.

句柄式

先通过reference找到Java堆中的对象句柄地址，这个地址包含了对象实例数据（Java堆）和类型数据（方法区）的各自具体内存地址，通过这个地址去访问具体信息，这种方式的好处是如果reference存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动时，只改变句柄中的地址指针，不用改变引用的地址。

直接式

就是reference引用时直接存储的对象地址，具体实现时reference指针找到对象实例（Java堆），而对象实例中又存储对象类型数据的地址，通过这个地址访问对象类型数据（方法区）。直接式的好处是节省了一对象定位的开销，使得访问速度更快。这两种具体取舍是看虚拟机如果实现的。

基本数据类型访问

基本数据类型由于字节类型大小都是固定的，所以需要的内存大小也都是固定的。基本类型左右全局变量时，基本数据类型声明是放在堆中的；而作为局部变量或者参数变量声明时，是存放在栈中的，方法结束后就释放。
对于String类型，字符串常量是放入字符串常量池，所以在方法区中，但是对于通过new String（）出来的字符串，则在堆中。

3、性能优化

多线程性能

有序性、原子性、可见性

原子性：保证内存原子性操作read、load、assign、use、store、write这六个，volatile关键字不具有原子性，

可见性：一个线程修改共享变量值时，另外一个线程立即知道这个修改。由于java内存模式是通过变量修改后立即同步到内存，然后变量读取前从内存刷新变量值获取依赖关系。