jvm虚拟机初识

JVM

Java虚拟机就是二进制字节码的运行环境，负责装载字节码到其内部，解释/编译为对应平台上的机器指令执行。每一条Java指令，Java虚拟机规范中都有详细定义，如怎么取操作数，怎么处理操作数，处理结果放在哪里。

特点：

• 一次编译，到处运行
• 自动内存管理
• 自动垃圾回收功能

JVM的位置

JVM是运行在操作系统之上的，它与硬件没有直接的交互

JVM整体结构

Java虚拟机（JVM）是一个包含多个组件的运行时环境。其核心组件包括类加载子系统、运行时数据区、执行引擎、本地接口和本地方法库。类加载子系统负责加载Java类，而运行时数据区包括方法区和堆，堆又分为新生代和老年代。执行引擎负责解释和执行Java字节码，同时具备即时编译器提高性能。本地接口允许Java代码与本地代码进行交互，而本地方法库包含与底层操作系统相关的本地方法。这些组件协同工作，使得Java程序能够在不同平台上高效运行。

- **Class Loader Subsystem（类加载子系统）**
  - Bootstrap Class Loader
  - Extension Class Loader
  - Application Class Loader

- **Runtime Data Area（运行时数据区）**
  - **Method Area（方法区）**
  - **Heap（堆）**
    - New Generation（新生代）
      - Eden Space（伊甸区）
      - Survivor Spaces (S0, S1)（幸存者区）
    - Old Generation（老年代）
    - PermGen / Metaspace（永久代 / 元空间）

- **Execution Engine（执行引擎）**
  - **Interpreter（解释器）**
  - **Just-In-Time (JIT) Compiler（即时编译器）**
  - **Garbage Collector（垃圾收集器）**
  
- **Native Interface（本地接口）**
  - Native Method Interface（本地方法接口）

- **Native Method Libraries（本地方法库）**

Java代码执行流程

Java 源码编写

开发人员使用 Java 编写源代码，这些源代码以 .java 为扩展名。

Java 编译器（javac）

使用 Java 编译器 (javac) 将源代码编译成字节码文件（以 .class 为扩展名）。这个阶段生成的字节码文件包含了 Java 字节码指令，是与平台无关的中间代码。

类加载器

类加载器负责加载字节码文件到内存中，形成类的运行时数据结构。Java 的类加载器体系通常包括启动类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器。

字节码验证器：

字节码验证器确保字节码符合 Java 虚拟机规范，防止恶意代码和错误。验证包括类型检查、访问权限检查、代码转换检查等。

字节码解释执行或JIT编译：

执行引擎负责将字节码指令解释执行或者通过即时编译器（JIT 编译器）将字节码编译成本地机器码，以提高执行效率。JIT 编译器将热点代码（经常执行的代码）编译成本地机器码，加速程序的执行。

运行时数据区

在运行时数据区中，包括方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器等。这些区域用于存储程序的状态、方法的运行时信息、对象实例等。

本地方法调用

如果 Java 代码中包含了本地方法调用（native 关键字），则调用本地方法接口（JNI）与本地方法库进行连接。本地方法接口负责将 Java 数据类型转换为本地方法支持的数据类型，并调用本地方法库中的函数。

本地方法库：

本地方法库是由本地语言（如 C 或 C++）编写的库，其中包含与 Java 代码进行交互的本地方法的实现。当执行引擎调用本地方法时，实际的执行是在本地方法库中完成的。

操作系统

Java 虚拟机与操作系统交互，使用操作系统提供的服务和资源。这可能包括文件系统、网络、线程管理等。

最终执行

Java 程序的最终执行是通过执行引擎执行字节码指令，从而按照程序的逻辑改变程序状态，包括对栈、堆和方法区的操作。整个过程中，涉及到了类加载、字节码验证、执行引擎执行、本地方法调用等多个组成部分。