1. 背景

本文聊聊Java 虚拟机的一些知识。

2.知识

Java Virtual Machine（Java虚拟机，简称JVM）是一个抽象的计算机器。像真正的计算机器一样，它有一个指令集并在运行时操纵各种内存区域。

拆分几个过程来理解概貌

JVM 使得 Java程序与操作系统(及硬件)保持独立性。JVM 并不依赖 Java 编程语言，它只知道一种特定的二进制格式，即class文件格式。一个class文件包含着Java虚拟机指令（或字节码）和符号表，以及其它辅助信息。

拆分几个过程来理解：

1、Java 语言写的 Java 文件，比如 xxx.java 文件经过编译后变成 class 文件格式的 “字节码” 文件。
2、字节码文件经过压缩后被打包成一个 jar 文件。
3、Jar 文件可被分发到安装了JVM的 Windows 或者 Linux 的计算机上，Jar包内的 class字节码被传入 JVM 。JVM负责将字节码解释成具体的机器指令来执行。

JVM 具体可以由 ”JVM 规范“ 定义，有很多厂商提供了JVM的实现。比如：Oracle 的 JVM 之一名为 HotSpot，另一个继承自BEA Systems 的是JRockit。Android 使用了 Dalvik虚拟机，ART虚拟机。

3. JVM 核心组成部分（三大项）

也就是说 JVM 有这些组成部分：

1、它有指令集（即：字节码）
2、它有指令解释器来解析指令。（即：字节码执行器和JIT）
3、它可以操作内存区域，以装载和执行。（即：操作内存）

重点这三项，我们慢慢讲。

3.1、字节码指令

JVM 具有针对以下任务组的字节码指令规范：

加载和存储
算术
类型转换
对象创建和操作
操作数栈管理（push/pop）
控制转移（分支）
方法调用和返回
抛出异常
基于监视器的并发

这些指令是一些操作任务，被加载到JVM后可以被执行。

3.2、字节码解释器和即时编译器

(1) 字节码解释器 ( bytecode interpreter ) 字节码解释器用于将字节码解析成计算机能执行的语言，一台计算机有了 Java 字节码解释器后，它就可以运行任何 Java 字节码程序。同样的 Java 程序就可以在具有了这种解释器的硬件架构的计算机上运行,实现了“跨平台”。

(2) 即时编译器 ( just-in-time compiler，JIT ) JIT 编译器可以在执行程序时将 Java 字节码翻译成本地机器语言。

一般来讲，Java 字节码经过字节码解释器执行时，执行速度总是比编译成本地机器语言的同一程序的执行速度慢。而即时编译器在执行程序时将 Java 字节码翻译成本地机器语言，以显著加快整体执行时间。

3.3、虚拟机架构

JVM 操作内存有这些：

JVM 有一个堆( heap )用于存储对象和数组。垃圾回收器要在这里工作。
代码、常量和其他类数据存储在方法区( method area )中。
每个 JVM 线程也有自己的调用栈( JVM stack )，用于存储 “帧”。每次调用方法时都会创建一个新的帧(放到栈里)，并在该方法退出时销毁该帧。
每个帧提供一个操作数堆栈 ( operand stack) 和一个局部变量数组 ( local variables ) 。操作数栈用于计算操作数和接收被调用方法的 "返回值"，而局部变量数据用于传递“方法参数”。

为了兼容性。每个特定的主机操作系统都需要自己的 JVM 和运行时实现。虽然实际实现可能不同，但是在语义上都以相同的方式解释字节码。

还与重要的垃圾回收机制，我们后面再讲。

3.4 类加载器 ( Class loader )

JVM 字节码的基本单位是类。类加载器 ( Class loader ) 用于识别和加载符合 Java的 Class 文件格式的内容。

类加载器按顺序执行下面三个活动：

1）加载( Loading )：查找和导入二进制数据内容
2）链接( Linking )：执行下面三个子步骤 -- 2.1）验证(Verification)：确保导入内容的正确性 -- 2.2 ）准备(Preparation)：为类变量分配内存，并将内存初始化为默认值 -- 2.3）解析(Resolution)：将符号引用(symbolic references)转换为直接引用(direct references)。
3）初始化( Initialization )：调用Java 代码，将类变量初始化为其正确起始值。

一般来说，有两种类型的类加载器：

1、引导类加载器
2、用户定义的类加载器。

每个 Java 虚拟机实现都必须有一个引导类加载器 ( bootstrap class loader )，能够加载受信任的类，以及一个扩展类加载器或应用程序类加载器 ( application class loader)。

3.5 JVM 语言

有很多种 JVM 语言可以选择，比如 Groovy、Scala和 Kotlin 等，这些语言编写的代码都可以被编译成字节码后在JVM 上运行。

4. 垃圾回收器( GC )

...

5.参考：

Oracle 的 Java 虚拟机规范 docs.oracle.com/javase/spec… 维基百科 en.m.wikipedia.org/wiki/Java_v…

Java 虚拟机 ( 简读版 )