JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写,Java语言使用模式Java虚拟机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。Java虚拟机在执行字节码时,把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。
JVM体系结构
先介绍一下JVM的体系结构，它由类加载器子系统，运行时数据区，执行引擎以及本地方法接口组成：
1. 类加载器子系统 主要用于定位类定义的二进制信息，然后将这些信息解析并加载至虚拟机，转化为虚拟机内部的类型信息的数据结构。类加载器子系统还承担着安全性的责任，并且是JVM的动态链接和动态加载的基础。每一个被加载的class文件需要经过四次校验才能被加载。
2. 运行时数据区 是JVM运行时的内存空间的组织，逻辑上又划分为多个区，这些区的生命周期和它是否线程共享有关，它们分别是：
堆：一个JVM只有一个堆，所有线程共享；存放所有类实例和数组；
方法区：一个JVM只有一个方法区，所有线程共享；方法区大小不固定，可以被调整；存放类型信息和运行时常量池(Runtime Constant Pool)；方法区也可以被GC；
PC(Program Counter)：JVM会为每一个创建的线程分配一个PC寄存器；大小为一个字节；内容是下一条将执行指令的地址；PC是JVM规范中唯一没有规定会抛出异常的存储区。
JVM栈：线程启动时，JVM会为其分配一个JVM栈；JVM对栈只有“压栈”，“出栈”的操作，操作的单位是栈帧；栈帧由三部分组成“局部变量区”，“操作数栈“，“栈帧数据区”
JVM规范规定栈可以抛出两种异常：（1）StackOverflowException，在栈的深度大于某个规定值的情况下抛出。（2）OutOfMemoryException，在为新栈帧分配内存或者是为线程分配栈的内存时，申请不到足够的内存的情况下抛出。
本地方法栈：用于支持本地方法调用，抛出的异常与JVM栈相同。
3. 执行引擎 用于执行JVM字节码指令，主要由两种实现方式：（1）将输入的字节码指令在加载时或执行时翻译成另外一种虚拟机指令；（2）将输入的字节码指令在加载时或执行时翻译成宿主主机本地CPU的指令集。这两种方式对应着字节码的解释执行和即时编译。
JVM内存结构
1 JVM Process Heap
2 Java Object Heap(JAVA Heap)
通常被称为JVM heap ，容易和JVM process Heap混淆，它是用来存储java OBject的如：Object的实例和Object的基本数据及引用。
-XX:MinHeapFreeRatio=Default is 40 (40%)
-XX:MaxHeapFreeRatio=Default 70% J
VM初始分配的内存由-Xms指定，默认是物理内存的1/64；JVM最大分配的内存由-Xmx指定，默认是物理内存的1/4。默认空余堆内存小 于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制；空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到-Xms的最小限制。因此服务器一般设置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC后调整堆的大小。
3、Young Generation
所有新创建的Object 都将会存储在这里。
配置方式 ：-Xmn – not preferred (fixed value)-XX:NewRatio=<value> - preferred(dynamic)官方推荐的配置是新生代(Young Generation)占整个Java Object Heap内存的33%
4、Eden Space
新的Object总是创建在Eden Space。
5、Old Generation
如果Young Generation的数据在一次或多次GC后存活下来，那么将被转移到OldGeneration。
6、Survivor Spaces
GC时，Eden中活的对象复制到surivivor spaces ，当对象达到最打值（老化）时，被送到Old Generation10、Tenured Space5MB min 44MB max (default) 这就是传说中的老年代，官方给的解释就是:pool containing objects that have existed for some time in the survivor space.
11、Everything else
这其实就是我们常常见到的no-heap
12、Permanent Space
4MB initial , 63MB max存储class的函数及其他的meta Data.
配置方式：-XX:PermSize=<value> (initial)-XX:MaxPermSize=<value> (max)
13、Code Generation
转换byte code 为native code.基本不会导致内存异常。如果该操作没有足够的空间，JVM可能会导致崩溃。
14、Socket Buffers
包括两部分：1：Receive buffer ~37k 2:Send buffer ~25k需要在JAVA代码中来控制他，所以在外部无法配置。 他可能导致的异常：IOException: Too many open files (forexample)
15、Threaded JVM Stacks
Thread Stacks:表示各个Thread所分配的空间。默认至取决于OS/JVM线程数增加，Thread Stacks则增大。
配置： –Xss 异常：java.lang.OutOfMemoryError:unable to create new native thread如果-Xss配置的太小，会引起java.lang.StackOverflowError
16、Direct Memory Space
他可以让开发人员映射内存到java Object Heap外。配置: XX:MaxDirectMemorySize=<value>
17、JNI Code
JNI code本身使用的内存非常小。
19、JNI allocate memory
JNI 程序本身也需要分配内存。
18、Garbage Collection
其实GC也是需要内存的，gc线程的消耗以及存放GC所缓存的信
常见异常及解决方法
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
原因：Heap内存溢出，意味着Young和Old generation的内存不够。
解决：调整java启动参数-Xms -Xmx 来增加Heap内存。
java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread
原因：Stack空间不足以创建额外的线程，要么是创建的线程过多，要么是Stack空间确实小了。
解决：由于JVM没有提供参数设置总的stack空间大小，但可以设置单个线程栈的大小；而系统的用户空间一共是3G，除了Text/Data/BSS /MemoryMapping几个段之外，Heap和Stack空间的总量有限，是此消彼长的。因此遇到这个错误，可以通过两个途径解决：1.通过-Xss启动参数减少单个线程栈大小，这样便能开更多线程（当然不能太小，太小会出现StackOverflowError）；2.通过-Xms -Xmx 两参数减少Heap大小，将内存让给Stack（前提是保证Heap空间够用）。
java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space
原因：Permanent Generation空间不足，不能加载额外的类。
解决：调整-XX:PermSize= -XX:MaxPermSize= 两个参数来增大PermGen内存。一般情况下，这两个参数不要手动设置，只要设置-Xmx足够大即可，JVM会自行选择合适的PermGen大小。
java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
原因：这个错误比较少见（试着new一个长度1亿的数组看看），同样是由于Heap空间不足。如果需要new一个如此之大的数组，程序逻辑多半是不合理的。
解决：修改程序逻辑吧。或者也可以通过-Xmx来增大堆内存。
在GC花费了大量时间，却仅回收了少量内存时，也会报出OutOfMemoryError ，我只遇到过一两次。当使用-XX:+UseParallelGC或-XX:+UseConcMarkSweepGC收集器时，在上述情况下会报错，在HotSpot GC Turning文档 上有说明：
The parallel(concurrent) collector will throw an OutOfMemoryError if too much time is being spent in garbage collection: if more than 98% of the total time is spent in garbage collection and less than 2% of the heap is recovered, an OutOfMemoryError will be thrown.
对这个问题，一是需要进行GC turning，二是需要优化程序逻辑。
java.lang.StackOverflowError
原因：这也内存溢出错误的一种，即线程栈的溢出，要么是方法调用层次过多（比如存在无限递归调用），要么是线程栈太小。
解决：优化程序设计，减少方法调用层次；调整-Xss参数增加线程栈大小。
IOException: Too many open files
原因： 这个是由于TCP connections 的buffer 大小不够用了。
java.lang.OutOfMemoryError:Direct buffer memory
解决：调整-XX:MaxDirectMemorySize=<value>
