背景

Java 是一门高级语言，一个用高级语言编写的程序，不能在任何机器上直接运行。需要将其翻译成特定的机器语言才可以运行。Javac 编译器就是做这个翻译的工作的，它把 Java 源程序（.java 文件）翻译成 JVM 可以执行的机器码（bytecode 字节码 .class文件）。

JVM 是运行在真实机器（如你的电脑）上的虚拟机，它的机器语言就是字节码。

JVM 使得编译器的工作简单化，因为编译器不用为每种机器生成不同的机器码，只需要生成 JVM 可以执行字节码即可。

总而言之，JVM 主要功能是执行 Java 源代码编译而成的字节码。每个操作系统拥有不同的 JVM, 但是它们执行相同字节码得到的结果是相同的。这就是说，在 Windows 上编译的字节码可以在 Windows 执行，也可以 Linux、Mac OS 等平台上执行，所以 JVM 使 Java 成为一门平台独立的语言。

Java 程序执行流程图：

JVM 结构体系

下面我们来介绍一下 JVM 是怎么工作的：

Class Loader（类加载器）

加载.class文件并且把读到的字节码写入 Method Area（方法区），Java 中加载类使用双亲委派模型，每个类只会被加载一次，双亲委派模型以后再详细介绍。

Method Area（方法区）

方法区又叫静态区，JVM 只有一个方法区，被所有线程共享，它保存着类加载器加载类提取的信息，它包含的都是在整个程序中永远唯一的元素，如class, static变量。

Heap（堆）

堆是 JVM 用来为对象分配空间的一块内存，JVM 每加载一个.class文件都会创建一个Class对象。

Stack（栈）

虚拟机栈也是 JVM 分出来一块内存，专门用来存放程序的临时变量。

PC Registers（程序计数器）

程序计数器用来记录程序执行到哪一个指令，下个指令执行什么。因为指令是由线程执行的，所以每个线程都有一个单独的程序计数器。

Native Method Stack（本地方法栈）

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，只不过虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。

Tip：

• 在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。
• 甚至有的虚拟机（如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。
• 与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

Native Method Interface（本地方法接口）

本地方法接口使 Java 代码能够调用本机应用程序，本机应用程序是特定于系统硬件和操作系统的程序。

Tip： 本地方法接口是根据本地方法栈中登记native标记的本地仓库生成的。 即 Java 中用native修饰的方法，会先被在本地方法栈（Native Method Stack）中登记，然后会根据这个本地方法生成一个对应的本地接口，最后在启动执行引擎Execution Engine的时候，会根据本地接口去本地方法库中加载对应的实现方法，然后执行这个方法。

Garbage Collection（垃圾收集器）

我们在 Java 代码中显式地创建类的实例对象，使用之后垃圾收集器会帮我们自动销毁，不需要我们自己进行内存管理。

JVM Vs JRE Vs JDK

JRE（Java Runtime Environment）

JRE 是Java 的运行时环境，它包含 JVM,类库和其他一些文件，但是不包括开发工具，如编译器、调试器…
就是说，安装了 JRE 环境后可以运行 Java 程序，但不能开发编译 Java 程序。

JVM（Java Virtual Machine）

如上所述，JVM 通过 JRE 提供的类、库和文件来运行程序。

JDK（Java Devlopment Kit）

JDK 是 JRE 的超集，它包含了 JRE,并且多了一些其他工具，如编译器、调试器…

关系图

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