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一. JVM的运行数据区
首先我简单来画一张 JVM的结构原理图，如下。
我们重点关注 JVM在运行时的数据区，你可以看到在程序运行时，大致有5个部分。
1.方法区
不止是存“方法”，而是存储整个 class文件的信息jvm调优，JVM运行时，类加载器子系统将会提取 class文件里面的类信息，并将其存放在方法区中。例如类的名称、类的类型（枚举、类、接口）、字段、方法等等。
2.堆（ Heap）
熟习 c/c++编程的同学们应该相当熟习 Heap了，而对于Java而言，每个应用都唯一对应一个JVM实例，而每一个JVM实例唯一对应一个堆。堆主要包括关键字 new的对象实例、 this指针，或者者数组都放在堆中，并由应用所有的线程共享。堆由JVM的自动内存管理机制所管理，名为垃圾回收—— GC（garbage collection）。
3.栈（ Stack）
操作系统内核为某个进程或者者线程建立的存储区域,它保存着一个线程中的方法的调用状态，它具备先进后出的特性。在栈中的数据大小与生命周期严格来说都是确定的，例如在一个函数中公告的int变量便是存储在 stack中，它的大小是固定的，在函数退出后它的生命周期也从此结束。在栈中，每一个方法对应一个栈帧，JVM会对Java栈执行两种操作：压栈和出栈。这两种操作在执行时都是以栈帧为单位的。还有少量即时编译器编译后的代码等数据。
4.PC寄存器
pc寄存器用于存放一条指令的地址，每一个线程都有一个PC寄存器。
5.本地方法栈
用来调用其余语言的本地方法，例如 C/C++写的本地代码， 这些方法在本地方法栈中执行，而不会在Java栈中执行。
二. 数据类型
Java虚拟机中，数据类型可以分为两类：基本类型和引用类型。
三. 堆与栈
堆和栈是程序运行的关键，很有必要把他们的关系说清楚。
栈是运行时的单位，而堆是存储的单位。
栈解决程序的运行问题，即程序如何执行，或者说如何处理数据；堆解决的是数据存储的问题，即数据怎么放、放在哪儿。
在Java中一个线程就会相应有一个线程栈与之对应，这点很容易理解，因为不同的线程执行逻辑有所不同，因此需要一个独立的线程栈。而堆则是所有线程共享的。
栈因为是运行单位，因此里面存储的信息都是跟当前线程（或程序）相关信息的。包括局部变量、程序运行状态、方法返回值等等；而堆只负责存储对象信息。
为什么要把堆和栈区分出来呢？栈中不是也可以存储数据吗？
第一，从软件设计的角度看，栈代表了处理逻辑，而堆代表了数据。这样分开，使得处理逻辑更为清晰。分而治之的思想。这种隔离、模块化的思想在软件设计的方方面面都有体现。
第二，堆与栈的分离，使得堆中的内容可以被多个栈共享（也可以理解为多个线程访问同一个对象）。这种共享的收益是很多的。一方面这种共享提供了一种有效的数据交互方式(如：共享内存)，另一方面，堆中的共享常量和缓存可以被所有栈访问，节省了空间。
第三，栈因为运行时的需要，比如保存系统运行的上下文，需要进行地址段的划分。由于栈只能向上增长，因此就会限制住栈存储内容的能力。而堆不同，堆中的对象是可以根据需要动态增长的，因此栈和堆的拆分，使得动态增长成为可能，相应栈中只需记录堆中的一个地址即可。
第四，面向对象就是堆和栈的完美结合。其实，面向对象方式的程序与以前结构化的程序在执行上没有任何区别。但是，面向对象的引入，使得对待问题的思考方式发生了改变，而更接近于自然方式的思考。当我们把对象拆开，你会发现，对象的属性其实就是数据，存放在堆中；而对象的行为（方法），就是运行逻辑，放在栈中。我们在编写对象的时候，其实即编写了数据结构，也编写的处理数据的逻辑。不得不承认，面向对象的设计，确实很美。
在 Java 中，main 函数就是栈的起始点，也是程序的起始点。
程序要运行总是有一个起点的。同 C 语言一样，java 中的 main 就是那个起点。无论什么 java 程序，找到 main 就找到了程序执行的入口。
四. Java对象的大小
基本数据的类型的大小是固定的，这里就不多说了。对于非基本类型的Java对象，其大小就值得商榷。
在Java中，一个空Object对象的大小是8byte，这个大小只是保存堆中一个没有任何属性的对象的大小。看下面语句：
Object ob = new Object();
这样在程序中完成了一个Java对象的生命，但是它所占的空间为：4byte+8byte。4byte是上面部分所说的Java栈中保存引用的所需要的空间。而那8byte则是Java堆中对象的信息。
因为所有的Java非基本类型的对象都需要默认继承Object对象，因此不论什么样的Java对象，其大小都必须是大于8byte。
有了Object对象的大小，我们就可以计算其他对象的大小了。
Class NewObject {
int count;
boolean flag;
Object ob;
}
其大小为：空对象大小(8byte)+int大小(4byte)+Boolean大小(1byte)+空Object引用的大小(4byte)=17byte。但是因为Java在对对象内存分配时都是以8的整数倍来分，因此大于17byte的最接近8的整数倍的是24，因此此对象的大小为24byte。
这里需要注意一下基本类型的包装类型的大小。因为这种包装类型已经成为对象了，因此需要把他们作为对象来看待。包装类型的大小至少是12byte（声明一个空Object至少需要的空间），而且12byte没有包含任何有效信息，同时，因为Java对象大小是8的整数倍，因此一个基本类型包装类的大小至少是16byte。
这个内存占用是很恐怖的，它是使用基本类型的N倍（N>2），有些类型的内存占用更是夸张（随便想下就知道了）。因此，可能的话应尽量少使用包装类。在JDK5.0以后，因为加入了自动类型装换，因此，Java虚拟机会在存储方面进行相应的优化。
五. 引用类型
对象引用类型分为强引用、软引用、弱引用和虚引用。
强引用：就是我们一般声明对象是时虚拟机生成的引用，强引用环境下jvm调优，垃圾回收时需要严格判断当前对象是否被强引用，如果被强引用，则不会被垃圾回收
软引用：软引用一般被做为缓存来使用。与强引用的区别是，软引用在垃圾回收时，虚拟机会根据当前系统的剩余内存来决定是否对软引用进行回收。
如果剩余内存比较紧张，则虚拟机会回收软引用所引用的空间；如果剩余内存相对富裕，则不会进行回收。
换句话说，虚拟机在发生OutOfMemory时，肯定是没有软引用存在的。
弱引用：弱引用与软引用类似，都是作为缓存来使用。但与软引用不同，弱引用在进行垃圾回收时，是一定会被回收掉的，因此其生命周期只存在于一个垃圾回收周期内。
强引用不用说，我们系统一般在使用时都是用的强引用。而“软引用”和“弱引用”比较少见。他们一般被作为缓存使用，而且一般是在内存大小比较受限的情况下做为缓存。
因为如果内存足够大的话，可以直接使用强引用作为缓存即可，同时可控性更高。因而，他们常见的是被使用在桌面应用系统的缓存。
六.Java中参数传递时传值还是传引用？
要说明这个问题，先要明确两点：
1.不要试图与C进行类比，Java中没有指针的概念
2.程序运行永远都是在栈中进行的，因而参数传递时，只存在传递基本类型和对象引用的问题。不会直接传对象本身。
明确以上两点后。Java在方法调用传递参数时，因为没有指针，所以它都是进行传值调用（这点可以参考C的传值调用）。因此，很多书里面都说Java是进行传值调用，这点没有问题，而且也简化的C中复杂性。
但是传引用的错觉是如何造成的呢？在运行栈中，基本类型和引用的处理是一样的，都是传值，所以，如果是传引用的方法调用，也同时可以理解为“传引用值”的传值调用，即引用的处理跟基本类型是完全一样的。但是当进入被调用方法时，被传递的这个引用的值，被程序解释（或者查找）到堆中的对象，这个时候才对应到真正的对象。如果此时进行修改，修改的是引用对应的对象，而不是引用本身，即：修改的是堆中的数据。所以这个修改是可以保持的了。
public class TestValTran {public static void main(String[] args) {TestValTran testValTran = new TestValTran();int i = 1;int j = 2;testValTran.swap1(i, j);System.out.println("i = " + i + ", j = " + j);User user = new User(1, 2);testValTran.swap2(user);System.out.println("user.i = " + user.getI() + ", user.j = " + user.getJ());User user1 = new User(1, 2);testValTran.swap3(user1);System.out.println("user1.i = " + user1.getI() + ", user1.j = " + user1.getJ());}/**** 基本的数据类型，对应每个方法所对应的栈幁都有自己的局部变量表。也就是会自己创建一个基本数据类型的对象，不会对真实的对象产生影响** @param a* @param b*/public void swap1(int a, int b) {int temp = b;b = a;a = temp;}/*** 这种方式对user不会发生变化，只是把局部变量user先传递为外部user的引用，然后又重新重新赋值为temp的引用。没有对外部user引用的真实对象进行操作。所以不会生效** @param user*/public void swap2(User user) {User temp = new User(2, 1);user = temp;}/*** 这种传递了对象的引用之后，又获取了引用的对象，进行了修改，所以能生效** @param user*/public void swap3(User user) {int temp = user.getJ();user.setJ(user.getI());user.setI(temp);}}
对象，从某种意义上说，是由基本类型组成的。可以把一个对象看作为一棵树，对象的属性如果还是对象，则还是一颗树（即非叶子节点），基本类型则为树的叶子节点。程序参数传递时，被传递的值本身都是不能进行修改的，但是，如果这个值是一个非叶子节点（即一个对象引用），则可以修改这个节点下面的所有内容。
堆和栈中，栈是程序运行最根本的东西。程序运行可以没有堆，但是不能没有栈。而堆是为栈进行数据存储服务，说白了堆就是一块共享的内存。不过，正是因为堆和栈的分离的思想，才使得Java的垃圾回收成为可能。
Java中，栈的大小通过-Xss来设置，当栈中存储数据比较多时，需要适当调大这个值，否则会出现java.lang.StackOverflowError异常。常见的出现这个异常的是无法返回的递归，因为此时栈中保存的信息都是方法返回的记录点。
七. Java虚拟机中对象的访问及存放
举个实例Student stu=new Student();
这份代码中Student stu是一个引用变量所以存放在java虚拟机栈上，new Student()是一个实例对象存放在java堆上。另外，在Java 堆中还必须包含能查找到此对象类型数据（如对象类型、父类、实现的接口、方法等）的地址信息，这些类型数据则存储在方法区中。
由于reference 类型在Java 虚拟机规范里面只规定了一个指向对象的引用，并没有定义这个引用应该通过哪种方式去定位，以及访问到Java 堆中的对象的具体位置，因此不同虚拟机实现的对象访问方式会有所不同，主流的访问方式有两种：使用句柄和直接指针。如果使用句柄访问方式Java 堆中将会划分出一块内存来作为句柄池，reference中存储的就是对象的句柄地址，而句柄中包含了对象实例数据和类型数据各自的具体地址信息，如下图所示。
指针方式
Java堆对象的布局中就必须考虑如何放置访问类型
这两种对象的访问方式各有优势，使用句柄访问方式的最大好处就是reference 中存储的是稳定的句柄地址，在对象被移动（垃圾收集时移动对象是非常普遍的行为）时只会改变句柄中的实例数据指针，而引用对象本身不需要被修改。使用直接指针访问方式的最大好处就是速度更快，它节省了一次指针定位的时间开销，由于对象的访问在Java 中非常频繁，因此这类开销积少成多后也是一项非常可观的执行成本。
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