Java语言使用Java虚拟机实现平台无关性。屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行，“一次编译，到处运行”。jdk8已经移除了永久区(PermGen)
Sun HotSpot VM，是JDK和Open JDK中自带的虚拟机，也是目前使用范围最广的Java虚拟机。
JVM内存分布
程序计数器：占用内存小，可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。程序中的分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器完成。由于多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，故该区域为线程私有的内存。此内存区域是唯一一个在Java 虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
虚拟机栈：线程私有，使用连续的内存空间，描述的是Java方法执行的内存模型，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等
堆：线程共享，生命周期与虚拟机相同，在虚拟机启动时创建，可以不使用连续的内存地址，是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，存放所有实例，也是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC 堆”。所有通过new创建的对象的内存都在堆中分配，堆的大小可以通过-Xmx和-Xms来控制。堆被划分为新生代和旧生代，新生代又被进一步划分为Eden和Survivor区，最后Survivor由From Space和To Space组成
新生代---新建的对象都是用新生代分配内存，Eden空间不足的时候，会把存活的对象转移到Survivor中，当一个Survivor区满时，此区的存活对象将被复制到另外一个Survivor区，当另一个Survivor区也满了的时候，从前一个Survivor区复制过来的并且此时还存活的对象，将可能被复制到年老代。因为需要交换的原因，Survivor区至少有一个是空的。新生代大小可以由-Xmn来控制，也可以用-XX:SurvivorRatio来控制Eden和Survivor的比例。针对新生代的垃圾回收即 Young GC。
旧生代---用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象。针对旧生代的垃圾回收即 Full GC。
持久代（Permanent Space）---实现方法区，主要存放所有已加载的类信息，方法信息，常量池等等。可通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来指定持久带初始化值和最大值。Permanent Space并不等同于方法区，只不过是Hotspot JVM用Permanent Space来实现方法区而已，有些虚拟机没有Permanent Space而用其他机制来实现方法区
方法区：线程共享，生命周期与虚拟机相同，可以不使用连续的内存地址。用于存放已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等数据。方法区的大小不必是固定的，JVM可根据应用需要动态调整。同时，方法区也不一定是连续的，方法区可以在一个堆(甚至是JVM自己的堆)中自由分配。HotSVM针对该区域也进行GC，主要是常量回收以及类。
本地方法栈：用于支持native方法的执行，存储了每个native方法调用的状态。虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（譬如Sun HotSpot 虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
JVM 中最大堆大小有三方面限制：相关操作系统的数据模型（32-bt还是64-bit）限制、系统的可用虚拟内存限制、系统的可用物理内存限制
OOM（“Out of Memory”）异常一般主要有如下2种原因：
1. 年老代溢出，表现为：java.lang.OutOfMemoryError:Javaheapspace
这是最常见的情况，产生的原因可能是：设置的内存参数Xmx过小或程序的内存泄露及使用不当问题。
例如循环上万次的字符串处理、创建上千万个对象、在一段代码内申请上百M甚至上G的内存。还有的时候虽然不会报内存溢出，却会使系统不间断的垃圾回收，也无法处理其它请求。这种情况下除了检查程序、打印堆内存等方法排查，还可以借助一些内存分析工具，比如MAT就很不错。
2. 持久代溢出，表现为：java.lang.OutOfMemoryError:PermGenspace
通常由于持久代设置过小，动态加载了大量Java类而导致溢出，解决办法唯有将参数 -XX:MaxPermSize 调大（一般256m能满足绝大多数应用程序需求）。将部分Java类放到容器共享区（例如Tomcat share lib）去加载的办法也是一个思路，但前提是容器里部署了多个应用，且这些应用有大量的共享类库。
内存泄露 memory leak，是指程序在申请内存后，无法释放已申请的内存空间，一次内存泄露危害可以忽略，但内存泄露堆积后果很严重，无论多少内存,迟早会被占光。最终会导致out ofmemory。
JVM内存分配策略
对象的内存分配，在大方向上，是在Java堆上进行分配。
大多数情况下，对象在新生代Eden区中分配，当Eden区没有足够空间进行分配时，虚拟机将发起一次Minor GC。
大多数情况下，大对象直接进入老年代，虚拟机提供了参数来定义大对象的阀值，超过阀值的对象都会直接进入老年代。
经过多次Minor GC后仍然存活的对象（长期存活的对象），将进入老年代。虚拟机提供了参数，可以设置阀值。
JVM垃圾回收算法
标记-清除算法：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。此算法需要暂停整个应用，同时，会产生内存碎片。
复制算法：将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当一块内存用完了，将还存另外一块上面，然后在把已使用过的内存空间一次清理掉。算法每次只处理正在使用中的对象，因此复制成本比较小，同时复制过去以后还能进行相应的内存整理，不会出现“碎片”问题。缺点就是需要两倍内存空间。
标记-整理算法：首先标记出所有需要回收的对象，再遍历整个堆，把清除未标记对象并且把存活对象“压缩”到堆的其中一块，按顺序排放，让所一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。此算法避免了“标记-清除”的碎片问题，同时也避免了“复制”算法的空间问题。
分代收集算法：一般是把Java堆分为新生代和老年代，根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。新生代都发现有大批对象死去，选用复制算法。老年代中因为对象存活率高，必须使用“标记-清理”或“标记-整理”算法来进行回收。
垃圾收集器
Serial收集器（串行GC）：是一个单线程的收集器，只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作，在进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束。适用于单CPU、新生代空间较小及对暂停时间要求不是非常高的应用上，是client级别默认的GC方式，可以通过-XX:+UseSerialGC来强制指定
ParNew收集器（并行GC）：是Serial收集器的多线程版本，除了使用多条线程进行垃圾收集之外，其余行为与Serial收集器完全一样。主要以到达一定的吞吐量为目标，适用于科学技术和后台处理等。
CMS收集器：是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。过程分为以下四个步骤：
初始标记
并发标记
重新标记
并发清除
-----待整理
JVM给了三种选择：串行收集器、并行收集器、并发收集器。
串行收集器只适用于小数据量的情况
并行收集器主要以到达一定的吞吐量为目标，适用于科学技术和后台处理等
并发收集器主要是保证系统的响应时间，减少垃圾收集时的停顿时间。适用于应用服务器、电信领域等。
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JVM常见启动参数
-Xms / -Xmx — 堆的初始大小 / 堆的最大大小
-Xmn — 堆中年轻代的大小
-XX:-DisableExplicitGC — 让System.gc()不产生任何作用
-XX:+PrintGCDetails — 打印GC的细节
-XX:+PrintGCDateStamps — 打印GC操作的时间戳
-XX:NewSize / XX:MaxNewSize — 设置新生代大小/新生代最大大小
-XX:NewRatio — 可以设置老生代和新生代的比例
-XX:PrintTenuringDistribution — 设置每次新生代GC后输出幸存者乐园中对象年龄的分布
-XX:InitialTenuringThreshold / -XX:MaxTenuringThreshold：设置老年代阀值的初始值和最大值
-XX:TargetSurvivorRatio：设置幸存区的目标使用率
JAVA类生命周期
Java类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载七个阶段。
JVM类加载
启动（Bootstrap）类加载器：是用本地代码实现的类装入器，它负责将 <Java_Runtime_Home>/lib下面的类库加载到内存中（比如rt.jar）。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。
标准扩展（Extension）类加载器：是由 Sun 的 ExtClassLoader（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）实现Java_Runtime_Home >/lib/extjava.ext.dir指定位置中的类库加载到内存中。开发者可以直接使用标准扩展类加载器。
系统（System）类加载器：是由 Sun 的 AppClassLoader（sun.misc.Launcher$AppClassLoader）实现的。径（CLASSPATH）中指定的类库加载到内存中。开发者可以直接使用系统类加
双亲委派机制描述 ：某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。
JVM调优
查看堆空间大小分配（年轻代、年老代、持久代分配）
垃圾回收监控（长时间监控回收情况）
线程信息监控：系统线程数量
线程状态监控：各个线程都处在什么样的状态下
线程详细信息：查看线程内部运行情况，死锁检查
CPU热点：检查系统哪些方法占用了大量CPU时间
内存热点：检查哪些对象在系统中数量最大
对JVM内存的系统级的调优主要的目的是减少GC的频率和Full GC的次数，过多的GC和Full GC是会占用很多的系统资源（主要是CPU），影响系统的吞吐量。调优手段主要是通过控制堆内存的各个部分的比例和GC策略来实现。特别要关注Full GC，因为它会对整个堆进行整理，导致Full GC一般由于以下几种情况：
1. 旧生代空间不足
调优时尽量让对象在新生代GC时被回收、让对象在新生代多存活一段时间和不要创建过大的对象及数组避免直接在旧生代创建对象
2. Pemanet Generation空间不足
增大Perm Gen空间，避免太多静态对象
统计得到的GC后晋升到旧生代的平均大小大于旧生代剩余空间
控制好新生代和旧生代的比例
3. System.gc()被显示调用垃圾回收不要手动触发，尽量依靠JVM自身的机制
调优总结
1、年轻代大小选择
（1）响应时间优先的应用：尽可能设大，直到接近系统的最低响应时间限制（根据实际情况选择）。在此种情况下，年轻代收集发生的频率也是最小的。同时，减少到达年老代的对象。
（2）吞吐量优先的应用：尽可能的设置大，可能到达Gbit的程度。因为对响应时间没有要求，垃圾收集可以并行进行，一般适合8CPU以上的应用。
2、年老代大小选择
（1）响应时间优先的应用：年老代使用并发收集器，所以其大小需要小心设置，一般要考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数。如果堆设置小了，可以会造成内存碎片、高回收频率以及应用暂停而使用传统的标记清除方式；如果堆大了，则需要较长的收集时间。最优化的方案，一般需要参考以下数据获得：
并发垃圾收集信息、持久代并发收集次数、传统GC信息、花在年轻代和年老代回收上的时间比例
减少年轻代和年老代花费的时间，一般会提高应用的效率
（2）吞吐量优先的应用：一般吞吐量优先的应用都有一个很大的年轻代和一个较小的年老代。原因是，这样可以尽可能回收掉大部分短期对象，减少中期的对象，而年老代尽存放长期存活对象。
3、较小堆引起的碎片问题
因为年老代的并发收集器使用标记、清除算法，所以不会对堆进行压缩。当收集器回收时，他会把相邻的空间进行合并，这样可以分配给较大的对象。但是，当堆空间较小时，运行一段时间以后，就会出现“碎片”，如果并发收集器找不到足够的空间，那么并发收集器将会停止，然后使用传统的标记、清除方式进行回收。如果出现“碎片”，可能需要进行如下配置：
（1）-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：使用并发收集器时，开启对年老代的压缩。
（2）-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0：上面配置开启的情况下，这里设置多少次Full GC后，对年老代进行压缩
常见配置汇总
1、堆设置
-Xms:初始堆大小
-Xmx:最大堆大小
-XX:NewSize=n:设置年轻代大小
-XX:NewRatio=n:设置年轻代和年老代的比值。如:为3，表示年轻代与年老代比值为1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的1/4
-XX:SurvivorRatio=n:年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一个Survivor区占整个年轻代的1/5
-XX:MaxPermSize=n:设置持久代大小
2、收集器设置
-XX:+UseSerialGC:设置串行收集器
-XX:+UseParallelGC:设置并行收集器
-XX:+UseParalledlOldGC:设置并行年老代收集器
-XX:+UseConcMarkSweepGC:设置并发收集器
3、垃圾回收统计信息
-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-Xloggc:filename
4、并行收集器设置
-XX:ParallelGCThreads=n:设置并行收集器收集时使用的CPU数。并行收集线程数。
-XX:MaxGCPauseMillis=n:设置并行收集最大暂停时间
-XX:GCTimeRatio=n:设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n)
5、并发收集器设置
-XX:+CMSIncrementalMode:设置为增量模式。适用于单CPU情况。
-XX:ParallelGCThreads=n:设置并发收集器年轻代收集方式为并行收集时，使用的CPU数。并行收集线程数。