1、虛擬機

虛擬機，Virtual Machine，一臺虛擬的計算機，用來執(zhí)行虛擬計算機指令。分為：

• 系統(tǒng)虛擬機：如VMware，是完全對物理計算機的仿真
• 程序虛擬機：如JVM，專門為執(zhí)行單個計算機程序而設計，JVM中執(zhí)行的指令就是Java字節(jié)碼指令

不論是哪種類型虛擬機，其上面運行的軟件或者程序，都被限制于虛擬機所提供的資源之內(nèi)。

2、Java虛擬機

JVM，Java Virtual Machine ，即Java虛擬機，一臺處理Java字節(jié)碼文件（解釋為二進制文件）的虛擬計算機，本質(zhì)是一個運行在計算機上的程序。




JVM運行在操作系統(tǒng)之上，并沒有與計算機的硬件做直接的交互。（因此，不同的操作系統(tǒng)，對應著不同的JVM）

JVM ? JRE ? JDK三者的關系：

3、JVM的整體結(jié)構(gòu)

以HotSpot為例：

以上架構(gòu)分三層看：（首先javac編譯器將xx.java源文件編譯為xx.class字節(jié)碼文件）

• 最上層由類裝載器將字節(jié)碼文件加載到內(nèi)存中，生成一個大的class對象
• 中間層，其中方法區(qū)、堆區(qū)是所有線程共享，而棧、程序計數(shù)器、寄存器是一個線程一個
• 最下層，執(zhí)行引擎里包括解釋器、JIT即時編譯器、GC垃圾回收器

上面結(jié)構(gòu)圖再詳細：

4、Java代碼的執(zhí)行流程

Java做為一種跨平臺的語言，一次編譯，到處運行。即Java源代碼被成功編譯為.class字節(jié)碼后，換平臺運行，無需再次編譯。

具體流程為：

• Java源文件x.java被編譯器javac.exe（JDK自帶）編譯成字節(jié)碼文件x.class
• 類裝載器加載字節(jié)碼文件到JVM
• JVM執(zhí)行引擎中的解釋器將字節(jié)碼文件處理成二進制文件
• 操作系統(tǒng)執(zhí)行二進制文件和硬件進行交互

PS：Java虛擬機不關心運行在其內(nèi)部的程序是用的什么語言，只要是遵循其規(guī)范編譯的字節(jié)碼文件，就都能運行。

換言之，不是牛在Java，而是JVM。Java是跨平臺的語言 ? JVM是跨語言的平臺

5、JVM的三大功能

1）解釋和運行

把字節(jié)碼解釋成二進制機器碼

2）內(nèi)存管理

自動為對象、方法等分配內(nèi)存空間，以及回收不再使用的對象

3）即時編譯JIT（Just-In-Time）

對熱點代碼（熱點代碼即很短的時間內(nèi)被多次調(diào)用） 進行優(yōu)化，提升執(zhí)行效率。Java如果不做任何優(yōu)化，性能不如C、C++，因為后者編譯后得到的就是機器碼，少了解釋這一步

Java多字節(jié)碼解釋為機器碼這一步，是為例支持跨平臺，有失有得：

即時編譯是將熱點代碼解釋完后保存在內(nèi)存中，下次執(zhí)行直接調(diào)用，省了一步解釋操作的時間：

6、JVM的分類

• Sun Classic VM , 1996 + Java1.0 + 只有解釋器，沒有JIT即時編譯器（因此性能較差）
• Exact VM，Java1.2，準確式內(nèi)存管理，可直到內(nèi)存中某個位置的數(shù)據(jù)具體是什么類型
• HotSpot VM，JDK1.3時，成為默認的虛擬機
• JRockit VM，專注于服務器端，不包含解釋器
• IBM的J9，與上面的HotSpot、JRockit是三大商用虛擬機，2017年開源，命名為Open J9
• KVM和CDC/CLDC Hotspot
• Microsoft JVM
• Taobao JVM，阿里
• …

Open JDK版本的HotSpot可以做二次開發(fā)，不管是二開還是開發(fā)新的虛擬機，都要遵守Oracle制定的JVM開發(fā)規(guī)范。最后，默認的HotSpot的發(fā)展歷程：

7、JVM的生命周期

STEP1：啟動

JVM的啟動時通過引導類加載器bootstrap class loader創(chuàng)建一個初始類initial class來完成的，不同的虛擬機，這個類也不同

STEP2：執(zhí)行

開始執(zhí)行Java程序時，JVM開始運行，程序執(zhí)行結(jié)束，JVM也就停止了（jsp看JVM進程，會發(fā)現(xiàn)其隨著程序的結(jié)束而結(jié)束）

STEP3：退出

• 程序正常執(zhí)行結(jié)束，JVM退出
• 程序執(zhí)行中遇到異?；蝈e誤，且一值向上throw到了main方法，main再拋，就到JVM，JVM退出
• 操作系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤也會可知JVM進程終止，JVM退出
• 某個線程調(diào)用Runtime類或System類的exit方法，或者說是Runtime類的halt方法（底層是native halt0方法）