Java虛擬機體系結構深入研究總結
工作以來，代碼越寫越多，程序也越來越臃腫，效率越來越低，對于我這樣一個追求完美的程序員來說，這是絕對不被允許的，于是除了不斷優化程序結構外，內存優化和性能調優就成了我慣用的“伎倆”。
要對Java程序進行內存優化和性能調優，不了解虛擬機的內部原理(或者叫規范更嚴謹一點)是肯定不行的，這里推薦一本好書《深入Java虛擬機(第二版)》(Bill Venners著，曹曉剛 蔣靖 譯，實際上本文正是作者閱讀本書之后，對Java虛擬機的個人理解闡述)。當然了，了解Java虛擬機的好處并不僅限于上述兩點好處。從更深一點的技術層面上看，了解Java虛擬機的規范和實現，將更加有助于我們編寫高效、穩定的Java代碼。比如，假如了解Java虛擬機的內存模型，了解虛擬機的內存回收機制，那么我們就不會過分依賴它，而會在需要的時候顯式的”釋放內存”(Java代碼不能顯式釋放內存，但是可以通過釋放對象引用告知垃圾回收器回收該對象需要被回收)，以降低不必要的內存消耗；假如我們了解Java棧的工作原理，那么我們就可以通過減少遞歸層數，減少循環次數來降低堆棧溢出的風險。可能對于應用開發人員來說，可能不會直接去涉及這些Java虛擬機底層實現的工作，但是了解這些背景知識，或多或少，都會對我們寫的程序產生潛移默化的好的影響。
本篇文章，將簡明扼要的說明Java虛擬機的體系結構和內存模型，如有用詞不妥或解釋不準確之處，請不吝指正，深感榮幸!
Java 虛擬機體系結構
類裝載子系統
Java虛擬機有兩種類裝載器，分別是啟動類裝載器和用戶自定義裝載器。
通類裝載子系統通過類的全限定名（包名和類名，網絡裝載還包括 URL）將 Class 裝載進運行時數據區。對于每一個被裝載的類型，Java虛擬機都會創建一個java.lang.Class類的實例來代表該類型，該實例被放在內存中的堆區，而裝載的類型信息則位于方法區，這一點和所有其他對象都是一樣的。
類裝載子系統在裝載一個類型前，除了要定位和導入對應的二進制class文件外，還要驗證導入類的正確性，為類變量分配并初始化內存，以及解析符號引用為直接引用，這些動作嚴格按照以下順序進行：
1）裝載——查找并裝載類型的二進制數據；
2）連接——執行驗證，準備以及解析(可選)
3）驗證 確保被導入類型的正確性
4）準備 為類變量分配內存，并將其初始化為默認值
5）解析 把類型中的符號引用轉換為直接應用
方法區
對于每一個被類裝載子系統裝載的類型，虛擬機都會保存下列數據到方法區：
- 類型的全限定名
- 類型超類的全限定名(java.lang.Object沒有超類)
- 類型是類類型還是接口類型
- 類型的訪問修飾符
- 任何直接超接口的全限定名有序列表
除了上述基本類型信息，還將保存如下信息：
- 類型的常量池
- 字段信息(包括字段名、字段類型、字段修飾符)
- 方法信息(包括方法名、返回類型、參數的數量和類型、方法修飾符，如果方法不是抽象和本地的，還將保存方法的字節碼、操作數棧和該方法棧幀中的局部變量區的大小和異常表)
- 常量以外的所有類變量(其實就是類的靜態變量，因為靜態變量是所有實例共享的，且與類型直接相關，所以他們是類一級的變量，作為類的成員被保存在方法區)
一個到類ClassLoader的引用
//返回的就是剛才保存的ClassLoader引用 String.class.getClassLoader();
一個到Class類的引用
//將返回剛才保存的Class類的引用 String.class;
注意，方法區也是可以被垃圾回收器回收的。
堆
Java程序在運行時創建的所有類實例或數組都放在同一個堆中，而每一個Java虛擬機也是有一個對空間，所有線程共享一個堆(這就是一個多線程的Java程序會產生對象訪問的同步問題的原因了)。
由于每一種Java虛擬機都有對虛擬機規范的不同實現，所以我們可能不知道每一種Java虛擬機在堆中是以何種形式表示對象實例的，不過我們可以通過下面這可能的實現來一窺端倪：
程序計數器
對于運行中的Java程序而言，每一個線程都有自己的PC（程序計數器）寄存器，它是在該線程啟動時創建的，大小為一個字長，用來保存需要被執行的下一行代碼的位置。
Java棧
每一個線程都有一個Java棧，以棧幀為單位保存線程的運行狀態。虛擬機對Java棧的操作有兩種：壓棧和出棧，二者都已幀為單位。棧幀保存了傳入參數、局部變量、中間運算結果等數據，在方法完成時被彈出，然后釋放。
看一下兩個局部變量相加時棧幀的內存快照
本地方法棧
這是 Java 調用操作系統本地庫的地方，用來實現 JNI（Java Native Interface，Java 本地接口）
執行引擎
Java虛擬機的核心，控制裝入 Java 字節碼并解析；對于運行中的Java程序而言，每一個線程都是一個獨立的虛擬機執行引擎的實例，從線程生命周期的開始到結束，他要么在執行字節碼，要么在執行本地方法。
本地接口
連接了本地方法棧和操作系統庫。
注:文中所有提到”Java虛擬機”的地方都是指”JavaEE和JavaSE平臺的Java虛擬機規范”。