初識JVM（簡單易懂），解開JVM神秘的面紗

一、什么是JVM（Java虛擬機）？

二、JVM的功能

三、JVM的功能-即時編譯?

四、常見的JVM

五、JVM的組成

五、JVM的工作流程

????????參考資料

一、什么是JVM（Java虛擬機）？

在Java的世界里，Java虛擬機（JVM）扮演著至關重要的角色。它不僅是Java程序運行的環境，更是實現“一次編寫，到處運行”的關鍵。本文將深入探討JVM的核心組成部分，從類加載到執行引擎，解開JVM神秘的面紗。

?JVM本質上是一個運行在計算機上的程序，他的職責是運行Java字節碼文件。

JVM，即Java虛擬機，是一個用于執行Java字節碼的虛擬計算機。它是在硬件或操作系統上構建的一個軟件層，使Java字節碼可以在不同的平臺上運行。即時編譯（Just-In-Time compilation）是JVM的一個關鍵功能，它允許JVM在運行時將字節碼編譯成本地代碼，以提高程序的性能。

即時編譯的主要功能如下：

預編譯（Compile-Ahead-Of-Time）：JVM首先將Java源代碼編譯成字節碼，然后這些字節碼在運行時被即時編譯成本地代碼。這種預編譯的方式使得程序在第一次運行時不需要進行編譯，從而提高了程序的啟動速度。
熱點代碼優化：JVM通過熱點代碼優化技術來提高程序的運行效率。熱點代碼是指被頻繁執行的代碼。JVM在運行時收集這些熱點代碼的執行信息，并將它們編譯成更高效的本地代碼。這種優化可以顯著提高程序的性能，特別是對于那些頻繁運行的代碼。
動態編譯：即時編譯還支持動態編譯。這意味著JVM可以根據程序在運行時的行為動態地調整編譯策略。例如，如果某個方法沒有被頻繁調用，那么JVM可以暫時不將其編譯成本地代碼，以節省資源。相反，如果某個方法被頻繁調用，JVM可以將其優先編譯成本地代碼，以提高程序的運行效率。
內存管理和垃圾回收：JVM還提供了內存管理和垃圾回收的功能。這些功能可以幫助程序員更好地管理內存資源，并提高程序的可靠性。

總之，即時編譯是JVM的一個重要功能，它可以幫助程序員提高程序的性能和可靠性。通過將Java字節碼編譯成本地代碼，JVM可以減少解釋字節碼所需的時間，從而提高程序的執行速度。同時，即時編譯還可以根據程序在運行時的行為動態地調整編譯策略，以進一步提高程序的性能。

?將字節碼文件轉換成計算機可以看懂的機器碼文件。這就是Java虛擬機的主要功能。

二、JVM的功能

三、JVM的功能-即時編譯?

?JVM可以將熱點的代碼字節指令，保存到內存中，等到再次執行時可以直接調用。

四、常見的JVM

常見的JVM包括HotSpot、JRockit、J9等。

HotSpot是較新的Java虛擬機技術，用來代替JIT（just-in-time compilation，及時編譯）技術，可以大大提高Java運行的性能。HotSpot將常用的部分代碼編譯為本地（原生，native）代碼，這樣顯著提高了性能。它從運行應用中采樣數據，從而可以優化代碼，進而得到良好性能。HotSpot引擎可以集中精力來對HotSpot代碼進行深度優化，從而使這部分代碼的執行更加迅捷。但它的啟動時間較長。

JRockit是BEA公司開發的，可以直接運行在自家Hypervisor系統上的JRockit VM的虛擬化版本，JRockit VM不需要操作系統的支持，或者說它自己本身實現了一個專用操作系統的必要功能，如文件系統、網絡支持等。

IBM J9是IBM開發的Java虛擬機，它也支持即時編譯技術。

我們開發時，基本都會優先選擇使用HotSpot。?

五、JVM的組成

JVM主要組成有四個子系統組成：類加載系統、運行時數據區域、執行引擎、本地方法接口。
?

類加載系統（Class Loading System）：
- 加載（Loading）： 加載是指查找字節碼文件，并創建一個Class對象的過程。字節碼文件通常由Java編譯器從Java源代碼生成。
- 驗證（Verification）： 確保字節碼文件符合Java語言規范，并且不包含不安全或非法的代碼。
- 準備（Preparation）： 為類的靜態變量分配內存并設置默認初始值。
- 解析（Resolution）： 將常量池中的符號引用替換為直接引用，使得各個類之間能夠正確地引用。
執行引擎（Execution Engine）：
- 解釋器（Interpreter）： 將字節碼文件逐行解釋為機器碼并執行。
- 即時編譯器（Just-In-Time Compiler，JIT）： 將整個字節碼文件編譯為機器碼，提高執行速度。
- 棧操作（Stack Operations）： 使用操作棧進行方法調用、參數傳遞等。
本地方法接口（Native Interface）：
- 允許Java應用程序調用本地方法（通常使用C或C++編寫的代碼）。Java的本地方法接口允許Java代碼與本地庫進行交互，實現了Java與其他語言的銜接。JVM通過本地庫接口與操作系統提供的庫進行交互，保證了Java程序的可移植性。
運行時數據區域（Runtime Data Area）：
- 方法區（Method Area）： 存儲類的結構信息，如類的字段、方法信息。
- 堆（Heap）： 存儲對象實例，包括程序運行時創建的對象。
- 棧（Stack）： 存儲局部變量、方法調用和返回地址。
- 程序計數器（Program Counter）： 記錄當前線程執行的字節碼行號。
- 本地方法棧（Native Method Stack）： 執行本地方法時使用的棧。

Java程序能夠在不同平臺上實現“一次編寫，到處運行”的特性。類加載系統負責加載和驗證Java類，執行引擎負責執行Java代碼，本地方法接口提供了與底層系統的交互能力，而運行時數據區域存儲程序執行時的數據。JVM通過本地庫接口與操作系統提供的庫進行交互，保證了Java程序的可移植性。

以上圖來源于黑馬課件?

此圖來源于《深入理解Java虛擬機》?

五、JVM的工作流程

JVM的工作流程通常包括以下幾個步驟：

加載（Loading）
加載階段是JVM啟動的第一個階段，它負責從系統中加載Java類和接口的定義信息。加載階段的主要任務是找到并加載Java類和接口的定義信息，并將其存儲在內存中。這些定義信息包括類的成員變量、成員方法、構造函數等。在加載階段，JVM還會對類的定義信息進行驗證，以確保其符合Java語言的規范。
鏈接（Linking）
鏈接階段是加載階段的后續階段，它負責驗證類的定義信息、為類的成員變量分配內存并設置默認值，以及解析類的符號引用。在鏈接階段，JVM會對類進行一系列的驗證，以確保其符合Java語言的規范。如果驗證不通過，則會拋出異常。此外，鏈接階段還會為類的成員變量分配內存并設置默認值，以及解析類的符號引用。符號引用是指用符號來引用類、方法、變量等的一種方式。
初始化（Initialization）
初始化階段是鏈接階段的后續階段，它負責執行類的初始化代碼。初始化階段的主要任務是執行類的初始化代碼，包括靜態初始化塊和靜態初始化方法。在初始化階段，JVM會執行類的靜態代碼塊和靜態變量的初始化代碼。如果存在多個靜態變量或靜態代碼塊，則會按照它們在類中的順序依次執行。
執行（Execution）
執行階段是JVM的核心階段，它負責執行Java程序的字節碼指令。執行階段的主要任務是執行Java程序的字節碼指令，包括對成員變量的讀寫操作、方法的調用等。在執行階段，JVM會根據程序的指令逐條執行字節碼指令，從而實現Java程序的運行。
卸載（Unloading）
卸載階段是JVM的最后一個階段，它負責卸載不再被使用的Java類和接口的定義信息。卸載階段的主要任務是回收被卸載的類占用的內存空間，以便重新被使用。在卸載階段，JVM會回收被卸載的類占用的內存空間，以便重新被使用。

以上就是JVM的基本工作流程，不同的JVM實現可能會有一些差異，比如內存分配策略、垃圾收集器類型等。

深入了解Java虛擬機，我們不僅能夠更好地理解Java程序的運行機制，還能夠優化程序性能、解決內存泄漏等問題。JVM的神秘面紗下，是一個復雜而高效的執行環境，為Java的成功貢獻著重要的力量。讓我們在編寫Java程序的同時，更加深入地認識JVM，為程序的優化和調優提供更多的可能性。