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1、虚拟机

虚拟机，Virtual Machine，一台虚拟的计算机，用来执行虚拟计算机指令。分为：

• 系统虚拟机：如VMware，是完全对物理计算机的仿真
• 程序虚拟机：如JVM，专门为执行单个计算机程序而设计，JVM中执行的指令就是Java字节码指令

不论是哪种类型虚拟机，其上面运行的软件或者程序，都被限制于虚拟机所提供的资源之内。

2、Java虚拟机

JVM，Java Virtual Machine ，即Java虚拟机，一台处理Java字节码文件（解释为二进制文件）的虚拟计算机，本质是一个运行在计算机上的程序。




JVM运行在操作系统之上，并没有与计算机的硬件做直接的交互。（因此，不同的操作系统，对应着不同的JVM）

JVM ⇒ JRE ⇒ JDK三者的关系：

3、JVM的整体结构

以HotSpot为例：

以上架构分三层看：（首先javac编译器将xx.java源文件编译为xx.class字节码文件）

• 最上层由类装载器将字节码文件加载到内存中，生成一个大的class对象
• 中间层，其中方法区、堆区是所有线程共享，而栈、程序计数器、寄存器是一个线程一个
• 最下层，执行引擎里包括解释器、JIT即时编译器、GC垃圾回收器

上面结构图再详细：

4、Java代码的执行流程

Java做为一种跨平台的语言，一次编译，到处运行。即Java源代码被成功编译为.class字节码后，换平台运行，无需再次编译。

具体流程为：

• Java源文件x.java被编译器javac.exe（JDK自带）编译成字节码文件x.class
• 类装载器加载字节码文件到JVM
• JVM执行引擎中的解释器将字节码文件处理成二进制文件
• 操作系统执行二进制文件和硬件进行交互

PS：Java虚拟机不关心运行在其内部的程序是用的什么语言，只要是遵循其规范编译的字节码文件，就都能运行。

换言之，不是牛在Java，而是JVM。Java是跨平台的语言 ⇐ JVM是跨语言的平台

5、JVM的三大功能

1）解释和运行

把字节码解释成二进制机器码

2）内存管理

自动为对象、方法等分配内存空间，以及回收不再使用的对象

3）即时编译JIT（Just-In-Time）

对热点代码（热点代码即很短的时间内被多次调用） 进行优化，提升执行效率。Java如果不做任何优化，性能不如C、C++，因为后者编译后得到的就是机器码，少了解释这一步

Java多字节码解释为机器码这一步，是为例支持跨平台，有失有得：

即时编译是将热点代码解释完后保存在内存中，下次执行直接调用，省了一步解释操作的时间：

6、JVM的分类

• Sun Classic VM , 1996 + Java1.0 + 只有解释器，没有JIT即时编译器（因此性能较差）
• Exact VM，Java1.2，准确式内存管理，可直到内存中某个位置的数据具体是什么类型
• HotSpot VM，JDK1.3时，成为默认的虚拟机
• JRockit VM，专注于服务器端，不包含解释器
• IBM的J9，与上面的HotSpot、JRockit是三大商用虚拟机，2017年开源，命名为Open J9
• KVM和CDC/CLDC Hotspot
• Microsoft JVM
• Taobao JVM，阿里
• …

Open JDK版本的HotSpot可以做二次开发，不管是二开还是开发新的虚拟机，都要遵守Oracle制定的JVM开发规范。最后，默认的HotSpot的发展历程：

7、JVM的生命周期

STEP1：启动

JVM的启动时通过引导类加载器bootstrap class loader创建一个初始类initial class来完成的，不同的虚拟机，这个类也不同

STEP2：执行

开始执行Java程序时，JVM开始运行，程序执行结束，JVM也就停止了（jsp看JVM进程，会发现其随着程序的结束而结束）

STEP3：退出

• 程序正常执行结束，JVM退出
• 程序执行中遇到异常或错误，且一值向上throw到了main方法，main再抛，就到JVM，JVM退出
• 操作系统出现错误也会可知JVM进程终止，JVM退出
• 某个线程调用Runtime类或System类的exit方法，或者说是Runtime类的halt方法（底层是native halt0方法）