01. Java代码是怎么运行的？

Java 代码有很多种不同的运行方式。比如说，可以在开发工具中运行，可以双击执行 jar 文件运行，也可以在命令行中运行，甚至可以在网页中运行。当然，这些执行方式都离不开 JRE，也就是 Java 运行时环境。
JRE 仅包含运行 Java 程序的必需组件，包括 Java 虚拟机以及 Java 核心类库等。

为什么 Java 要在虚拟机里运行？

1. Java 代码复杂需要转换后才能在硬件上运行，设计一个面向 Java 语言特性的虚拟机，不同系统不同虚拟机，做到一次编译到处运行；
2. 虚拟机能够提供一个托管环境，替代处理一些代码中冗余容易出错的处理(内存管理、垃圾回收等)；

虚拟机的用处：

1. 在不同的平台上运行字节码，即一次编写到处运行；
2. 提供一个托管环境，能够处理代码中冗长且容易出错的部分，内存管理与垃圾回收；
3. 处理非业务代码：如数组越界、动态类型、安全权限等动态检测；

Java 虚拟机具体是怎样运行 Java 字节码的？

1) 加载 Java 编辑成的 class 文件到虚拟机，加载好后放到方法区(Method Area)；
2) 执行时需要将字节码翻译成机器码, 有【解释执行】和【即时编译】(JIT) 两种，线程共享：方法区、堆；线程私有：PC寄存器、Java方法栈、本地方法栈；

【解释执行】：逐条将字节码翻译成机器码并执行，优势：无需等待编译；
【即时编译】：将一个方法中包含的所有字节码编译成机器码后再执行。优势：实际运行速度更快；
HotSpot 默认采用混合模式，先解释执行字节码，然后将其中反复执行的热点代码，以方法为单位进行即时编译；

Java 虚拟机的运行效率究竟是怎样的？

判断一段代码是否是热点代码有两种方法：1) 基于采样的热点探测；2) 基于计数器的热点探测；
采用第二种方法的虚拟机会为每个方法建立**计数器**, 用于统计方法的执行次数，如果执行次数超过一定的阈值就认为它是热点方法。
方法调用计数器统计的并不是方法被调用的绝对次数，而是一个相对的执行效率，即一段时间内方法被调用的次数，当超过一定的时间限度，如果方法的调用次数仍然不足以让它提交给即时编译器，那这个方法的调用计数器就会被减少一半，这个过程被称为方法调用计数器热度的衰减，而这段时间就称为方法统计的半衰周期，进行热度衰减的动作在虚拟机进行垃圾收集时顺便进行了。

HotSpot 内置多个即时编译器：C1、C2 和 Graal
C1：又叫做 Client 编译器，面向对启动性能有要求的客户端 GUI程序，采用的优化手段相对简单，编译时间较短；
C2：又叫做 Server 编译器，面向对峰值性能有要求的服务器端程序，采用的优化手段相对复杂，编译时间较长，但同时生成代码的执行效率较高；

从 Java7 开始，HotSpot 默认采用分层编译的方式：热点方法首先会被 C1 编译，而后热点方法中的热点会进一步被 C2 编译；
HotSpot会根据 CPU 的数量设置编译线程的数目，并且按 1 : 2 的比例配置给 C1 及 C2 编译器。