一、类加载系统
基础理论
类加载是 JVM 将字节码文件加载到内存，并对其进行验证、准备、解析和初始化的过程。类加载器有启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）、扩展类加载器（Extension ClassLoader）和应用程序类加载器（Application ClassLoader），它们形成了双亲委派模型。当一个类加载器收到类加载请求时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把请求委派给父类加载器去完成，每一层的类加载器都是如此，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。
高级应用
在自定义类加载器场景中，比如实现热部署功能。通过自定义类加载器，当代码有更新时，重新加载修改后的类，无需重启整个 JVM。在一些框架中，如 OSGi（Open Service Gateway Initiative），就利用了自定义类加载器实现模块的动态加载和卸载，极大提升了系统的灵活性和可维护性。
二、内存管理系统
基础理论
JVM 内存主要分为堆（Heap）、栈（Stack）、方法区（Method Area）等区域。堆是对象分配的主要区域，又分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation），新生代包含 Eden 区和两个 Survivor 区。栈用于存储局部变量表、操作数栈等，每个线程都有自己独立的栈。方法区存储类的元数据、常量池等信息。当对象在堆中没有足够空间分配时，会触发垃圾回收（Garbage Collection，GC）。GC 算法有标记 - 清除（Mark - Sweep）、标记 - 整理（Mark - Compact）、复制算法（Copying）等。
高级应用
在调优方面，根据应用程序的特点，合理设置堆内存大小、新生代和老年代的比例。例如，对于大对象较多的应用，适当增大老年代空间，减少大对象在新生代频繁晋升带来的 GC 开销。使用 G1（Garbage - First）垃圾回收器，它可以更精准地控制 GC 停顿时间，通过将堆内存划分为多个 Region，优先回收垃圾最多的 Region，提高垃圾回收效率，适用于对响应时间要求较高的应用。
三、字节码执行系统
基础理论
字节码是 Java 源文件编译后的中间代码，JVM 通过执行引擎执行字节码指令。执行引擎有解释执行和编译执行两种方式。解释执行是逐条解释并执行字节码指令，速度相对较慢；编译执行是将字节码编译成机器码，执行速度快，JVM 中的即时编译器（Just - In - Time Compiler，JIT）会在运行时将热点代码编译成机器码。
高级应用
利用 JIT 编译器的优化机制，如逃逸分析。如果一个对象不会逃逸到方法外部，那么 JVM 可以对其进行优化，如将对象分配在栈上而不是堆上，减少堆内存的分配和垃圾回收压力。在 Java 8 及以上版本中，通过开启分层编译，C1 编译器（Client Compiler）和 C2 编译器（Server Compiler）协同工作，C1 编译器快速编译代码，C2 编译器对热点代码进行深度优化，提升整体执行效率。
四、多线程系统
基础理论
JVM 支持多线程编程，每个线程都有自己的程序计数器（Program Counter Register），用于记录当前线程执行的字节码指令地址。线程同步机制包括 synchronized 关键字和 java.util.concurrent 包下的并发工具。synchronized 通过对象监视器实现线程同步，保证同一时刻只有一个线程能够进入同步代码块。
高级应用
在高并发场景下，使用 java.util.concurrent 包中的并发容器，如 ConcurrentHashMap，它采用分段锁机制，相比传统的 HashMap 在多线程环境下有更好的并发性能。利用线程池（ThreadPool），如 ThreadPoolExecutor，合理管理和复用线程，避免频繁创建和销毁线程带来的开销，提高系统的并发处理能力。同时，通过 AQS（AbstractQueuedSynchronizer）框架可以实现自定义的同步器，满足复杂的同步需求。
五、安全系统
基础理论
JVM 的安全机制包括字节码验证、类加载器安全机制和安全管理器（SecurityManager）。字节码验证确保字节码文件符合 JVM 规范，没有安全漏洞。类加载器安全机制通过双亲委派模型，防止恶意代码替换系统关键类。安全管理器可以根据安全策略，控制程序对系统资源的访问，如文件读写、网络连接等。
高级应用
在企业级应用中，定制安全策略文件，根据不同的应用场景和用户角色，精细控制对系统资源的访问权限。例如，在一个金融应用中，普通用户只能访问特定的只读数据接口，而管理员用户可以进行数据修改等敏感操作。通过安全管理器，对外部传入的字节码进行严格的安全检查，防止恶意字节码注入，保障系统安全运行。
六、本地方法接口（JNI）系统
基础理论
JNI 允许 Java 代码调用本地（Native）代码，通常是用 C 或 C++ 编写的代码。通过 JNI，Java 程序可以访问操作系统底层功能、调用硬件设备驱动等。JNI 提供了一组函数和数据结构，用于在 Java 和本地代码之间进行数据传递和方法调用。
高级应用
在一些需要高性能计算的场景中，如图像处理、科学计算等，将核心计算逻辑用 C/C++ 实现，然后通过 JNI 在 Java 程序中调用。这样可以充分利用 C/C++ 的高效性能，同时结合 Java 的跨平台和面向对象特性。例如，在一个视频编辑软件中，视频编码解码的核心算法用 C++ 实现，通过 JNI 供 Java 上层应用调用，提升软件的整体性能。
七、运行时数据区系统
基础理论
运行时数据区除了前面提到的堆、栈、方法区，还包括程序计数器和本地方法栈（Native Method Stack）。程序计数器是线程私有的，用于记录当前线程执行的字节码指令地址。本地方法栈用于支持本地方法的执行，与 Java 虚拟机栈类似，只是它服务于本地方法。
高级应用
通过分析程序计数器的值，可以定位线程执行过程中的问题，例如在调试多线程程序时，查看程序计数器的值可以确定线程在执行哪条字节码指令，有助于排查线程死锁、竞态条件等问题。在一些需要与本地代码紧密交互的应用中，合理管理本地方法栈，确保本地方法的正确执行和资源释放，避免内存泄漏和系统崩溃等问题。
