Java虚拟机简介

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

JVM概念

●　JVM 是 Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，是 JRE 的一部分。它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM 有自己完善的硬件架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。Java 虚拟机 JVM 是属于 JRE 的，而现在我们安装 JDK 时也附带安装了 JRE (当然也可以单独安装JRE)。

●　JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使得Java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虚拟机实例负责运行一个Java程序。当启动一个Java程序时，一个虚拟机实例就诞生了。当程序结束，这个虚拟机实例也就消亡。在 Java虚拟机规范中，一个虚拟机实例的行为是分别按照子系统、内存区、数据类型和指令来描述的，这些组成部分一起展示了抽象的虚拟机的内部体系结构。

●　作为一种编程语言的虚拟机，实际上不只是专用于Java语言，只要生成的编译文件匹配JVM对载入编译文件格式要求，任何语言都可以由JVM编译运行。

●　Java虚拟机与Java语言并没有必然的联系，他只与特定的二进制文件格式—Class文件格式所关联，Class文件中包含了Java虚拟机指令集(或者称为字节码，Bytecodes)和符号表,还有一些其他辅助信息。

●　JVM被分为三个主要的子系统：类加载器子系统、运行时数据区和执行引擎。
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●　Java虚拟机的主要任务是装载class文件并且执行其中的字节码。由下图可以看出，Java虚拟机包含：类装载器（class loader）可以从程序和API中装载class文件，Java API中只有程序执行时需要的类才会被装载，字节码由执行引擎来执行。
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1、跨平台性

Java 语言最重要的特点就是跨平台运行，使用 JVM 就是为了支持与操作系统无关，实现跨平台。JVM至关重要，正是因为它有针对不同平台的虚拟机，其向上屏蔽了操作系统的差异，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。这就是Java的能够“一次编译，到处运行”的原因。

（1）针对不同平台的虚拟机
（2）屏蔽操作系统的差异
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2、JVM体系结构

JVM的内部体系结构可以大致分为三部分，分别是：类装载器（ClassLoader）子系统、运行时数据区和执行引擎。
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（1）类装载器

每一个Java虚拟机都由一个类加载器子系统（class loader subsystem），负责加载程序中的类型（类和接口），并赋予唯一的名字。JVM的两种类装载器包括：启动类装载器和用户自定义类装载器，启动类装载器是JVM实现的一部分，用户自定义类装载器则是Java程序的一部分，必须是ClassLoader类的子类。

（2）运行时数据区

运行时数据区主要包括：方法区，堆，Java栈，PC寄存器，本地方法栈。

●　方法区和堆由所有线程共享

①堆：存放所有程序在运行时创建的对象
②方法区：当JVM的类装载器加载.class文件并进行解析，把解析的类型信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码缓存等数据放入方法区。

●　Java栈、PC寄存器和本地方法栈由线程独享

①JVM栈是线程私有的，每个线程创建的同时都会创建JVM栈，JVM栈中存放的为当前线程中局部基本类型的变量（java中定义的八种基本类型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double）、部分的返回结果以及Stack Frame，非基本类型的对象在JVM栈上仅存放一个指向堆上的地址。
②PC寄存器：可以看成是当前线程所执行的字节码的行号指示器。
③本地方法栈：存储本地方法调用的状态。

（3）执行引擎（它或者在执行字节码，或者执行本地方法）

每一个Java虚拟机都有一个执行引擎（execution engine）负责执行被加载类中包含的指令。主要的执行技术有：解释、即时编译、自适应优化、芯片级直接执行。其中解释属于第一代JVM，即时编译JIT属于第二代JVM，自适应优化（目前Sun的HotspotJVM采用这种技术）则吸取第一代JVM和第二代JVM的经验，采用两者结合的方式。
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自适应优化：开始对所有的代码都采取解释执行的方式，并监视代码执行情况，然后对那些经常调用的方法启动一个后台线程，将其编译为本地代码，并进行仔细优化。若方法不再频繁使用，则取消编译过的代码，仍对其进行解释执行。