参考文档：
jvm内幕-java虚拟机详解：http://www.importnew.com/17770.html
常量池：https://www.jianshu.com/p/c7f47de2ee80
字节码执行引擎：http://www.cnblogs.com/deman/p/5489895.html
一、JVM结构（jdk1.7）
可以看出，JVM主要由类加载器子系统、运行时数据区（内存空间）、执行引擎以及与本地方法接口等组成。其中运行时数据区又由方法区、堆、Java栈、PC寄存器、本地方法栈组成。在内存空间中方法区和堆是所有Java线程共享的，而Java栈、本地方法栈、PC寄存器则由每个线程私有，这会引出一些问题，后文会进行具体讨论。
众所周知，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，这就好比是HTML语言可以在不同厂商的浏览器上呈现元素（虽然某些浏览器在对W3C标准的支持上还有一些问题）。同时，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
二、类加载器子系统（Class Loader）
类加载器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。
1、ClassLoader的分类：
- 启动类加载器（BootStrap Class Loader）：Bootstrp加载器是用C++语言写的，它是在Java虚拟机启动后初始化的，它主要负责加载%JAVA_HOME%/jre/lib,-Xbootclasspath参数指定的路径以及%JAVA_HOME%/jre/classes中的类。
- 扩展类加载器（Extension Class Loader）： Bootstrp loader加载ExtClassLoader,并且将ExtClassLoader的父加载器设置为Bootstrploader.ExtClassLoader是用Java写的，具体来说就是 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader，ExtClassLoader主要加载%JAVA_HOME%/jre/lib/ext，此路径下的所有classes目录以及java.ext.dirs系统变量指定的路径中类库。
- 系统类加载器（System Class Loader）：Bootstrp loader加载完ExtClassLoader后，就会加载AppClassLoader,并且将AppClassLoader的父加载器指定为 ExtClassLoader。AppClassLoader也是用Java写成的，它的实现类是sun.misc.Launcher$AppClassLoader，另外我们知道ClassLoader中有个getSystemClassLoader方法,此方法返回的正是AppclassLoader.AppClassLoader主要负责加载classpath所指定的位置的类或者是jar文档，它也是Java程序默认的类加载器。
- 用户自定义类加载器（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
2、双亲委托模型：
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
双亲委托模型的意义：
1、允许出现相同的类字节码，但是由于类的唯一性由字节码+类加载器组成，所以属于不同的类
2、防止有恶意的类冒充自己在核心包（例如java.lang）下的类，由于它无法被启动类加载器加载，也造成不了危害
Java虚拟机的第一个类加载器是Bootstrap，这个加载器很特殊，它不是Java类，因此它不需要被别人加载，它嵌套在Java虚拟机内核里面，也就是JVM启动的时候Bootstrap就已经启动，它是用C++写的二进制代码（不是字节码），它可以去加载别的类
这也是我们在测试时为什么发现System.class.getClassLoader()结果为null的原因，这并不表示System这个类没有类加载器，而是它的加载器比较特殊，是BootstrapClassLoader，由于它不是Java类，因此获得它的引用肯定返回null
类加载器与类的唯一性
类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但是对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身共同确立其在Java虚拟机中的唯一性。通俗的说，JVM中两个类是否“相等”，首先就必须是同一个类加载器加载的，否则，即使这两个类来源于同一个Class文件，被同一个虚拟机加载，只要类加载器不同，那么这两个类必定是不相等的。
这里的“相等”，包括代表类的Class对象的equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回结果，也包括使用instanceof关键字做对象所属关系判定等情况
3、ClassLoader的工作原理
类加载分为装载、链接、初始化三步
a.装载
通过类的全限定名和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+ClassLoader实例ID”来标明类。
在内存中，ClassLoader实例和类的实例都位于堆中，它们的类信息都位于方法区
加载类的开放性
虚拟机规范并没有指明二进制字节流要从一个Class文件获取，或者说根本没有指明从哪里获取、怎样获取。这种开放使得Java在很多领域得到充分运用，例如：
从ZIP包中读取，这很常见，成为JAR，EAR，WAR格式的基础
从网络中获取，最典型的应用就是Applet
运行时计算生成，最典型的是动态代理技术，在java.lang.reflect.Proxy中，就是用了ProxyGenerator.generateProxyClass来为特定接口生成形式为“*$Proxy”的代理类的二进制字节流
有其他文件生成，最典型的JSP应用，由JSP文件生成对应的Class类
b.链接
链接的任务是把二进制的类型信息合并到JVM运行时状态中去
链接分为以下三步：
-
- 验证：校验.class文件的正确性，确保该文件是符合规范定义的，并且适合当前JVM使用
- 准备：类变量分配内存并设置初始值。这里的初始值并不是初始化的值，而是数据类型的默认零值。当这个类变量同时也被final修饰，那么在编译时，就会直接为这个常量赋上目标值
-
解析（可选）：主要是把类的常量池中的符号引用解析为直接引用，这一步可以在用到相应的引用时再解析
符号引用（Symbolic References）：
符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能够无歧义的定位到目标即可。例如，在Class文件中它以CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等类型的常量出现。符号引用与虚拟机的内存布局无关，引用的目标并不一定加载到内存中。在Java中，一个java类将会编译成一个class文件。在编译时，java类并不知道所引用的类的实际地址，因此只能使用符号引用来代替。比如org.simple.People类引用了org.simple.Language类，在编译时People类并不知道Language类的实际内存地址，因此只能使用符号org.simple.Language（假设是这个，当然实际中是由类似于CONSTANT_Class_info的常量来表示的）来表示Language类的地址。各种虚拟机实现的内存布局可能有所不同，但是它们能接受的符号引用都是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中
直接引用：
直接引用可以是
（1）直接指向目标的指针（比如，指向“类型”【Class对象】、类变量、类方法的直接引用可能是指向方法区的指针）
（2）相对偏移量（比如，指向实例变量、实例方法的直接引用都是偏移量）
（3）一个能间接定位到目标的句柄
直接引用是和虚拟机的布局相关的，同一个符号引用在不同的虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经被加载入内存中了
c.初始化
在准备阶段，变量已经赋过一次系统要求的初始值，在初始化阶段，则是根据程序员通过程序的主观计划区初始化类变量和其 他资源。Java虚拟机规范规定了有4种情况必须立即对类进行初始化（加载，验证，准备必须在此之前完成）
1）当使用new关键字实例化对象时，当读取或者设置一个类的静态字段（被final修饰的除外）时，以及当调用一个类的静态方法时（比如构造方法就是静态方法），如果类未初始化，则需先初始化
2）通过反射机制对类进行调用时，如果类未初始化，则需先初始化
3）当初始化一个类时，如果其父类未初始化，先初始化父类
4）用户指定的执行主类（含main方法的那个类）在虚拟机启动时会先被初始化
三、Java栈（Java Stack）
Java栈由栈帧组成，一个帧对应一个方法调用。调用方法时压入栈帧，方法返回时弹出栈帧并抛弃。Java栈的主要任务是存储方法参数、局部变量、中间运算结果，并且提供部分其它模块工作需要的数据。前面已经提到Java栈是线程私有的，这就保证了线程安全性，使得程序员无需考虑栈同步访问的问题，只有线程本身可以访问它自己的局部变量区。
它分为三部分：局部变量区、操作数栈、帧数据区。
- 局部变量区
局部变量区是以字长为单位的数组，在这里，byte、short、char类型会被转换成int类型存储，除了long和double类型占两个字长以外，其余类型都只占用一个字长。特别地，boolean类型在编译时会被转换成int或byte类型，boolean数组会被当做byte类型数组来处理。局部变量区也会包含对象的引用，包括类引用、接口引用以及数组引用。
局部变量区包含了方法参数和局部变量，此外，实例方法隐含第一个局部变量this，它指向调用该方法的对象引用。对于对象，局部变量区中永远只有指向堆的引用
- 操作数栈
操作数栈也是以字长为单位的数组，但是正如其名，它只能进行入栈出栈的基本操作。在进行计算时，操作数被弹出栈，计算完毕后再入栈
- 帧数据区
帧数据区的任务主要有：
a.记录指向类的常量池的指针，以便于解析
b.帮助方法的正常返回，包括恢复调用该方法的栈帧，设置PC寄存器指向调用方法对应的下一条指令，把返回值压入调用栈帧的操作数栈中
c.记录异常表，发生异常时将控制权交由对应异常的catch子句，如果没有找到对应的catch子句，会恢复调用方法的栈帧并重新抛出异常
局部变量区和操作数栈的大小依照具体方法在编译时就已经确定。调用方法时会从方法区中找到对应类的类型信息，从中得到具体方法的局部变量区和操作数栈的大小，依此分配栈帧内存，压入Java栈
栈上分配
JVM允许将线程私有的对象打散分配在栈上，而不是分配在堆上。分配在栈上的好处是可以在函数调用结束后自行销毁，而不需要垃圾回收器的介入，从而提高系统性能
栈上分配的一个技术基础是进行逃逸分析，逃逸分析的目的是判断对象的作用域是否有可能逃逸出函数体。另一个是标量替换，允许将对象打散分配在栈上，比如若一个对象拥有两个字段，会将这两个字段视作局部变量进行分配
只能在server模式下才能启用逃逸分析，参数-XX:DoEscapeAnalysis启用逃逸分析，参数-XX:+EliminateAllocations开启标量替换（默认打开）。在JDK 6u23版本之后，HotSpot中默认就开启了逃逸分析，可以通过选项-XX:+PrintEscapeAnalysis查看逃逸分析的筛选结果
标量替换
Java虚拟机中的原始数据类型（int，long等数值类型以及reference类型等）都不能再进一步分解，它们就可以称为标量。相对的，如果一个数据可以继续分解，那它称为聚合量，Java中最典型的聚合量是对象。如果逃逸分析证明一个对象不会被外部访问，并且这个对象是可分解的，那程序真正执行的时候将可能不创建这个对象，而改为直接创建它的若干个被这个方法使用到的成员变量来代替。拆散后的变量便可以被单独分析与优化，
可以各自分别在栈帧或寄存器上分配空间，原本的对象就无需整体分配空间了
逃逸分析(Escape Analysis)
逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域：当一个对象在方法中被定义后，它可能被外部方法所引用，称为方法逃逸。甚至还有可能被外部线程访问到，譬如赋值给类变量或可以在其他线程中访问的实例变量，称为线程逃逸。
方法逃逸的几种方式如下：
public class EscapeTest { public static Object obj; public void globalVariableEscape() { // 给全局变量赋值，发生逃逸 obj = new Object(); } public Object methodEscape() { // 方法返回值，发生逃逸 return new Object(); } public void instanceEscape() { // 实例引用发生逃逸 test(this); } }