JVM 概述/结构/架构/生命周期

[1. JVM 概述](#1. JVM 概述)

[1.1 认识 1](#1.1 认识 1)

[1.2 认识 2](#1.2 认识 2)

[1.3 认识 3](#1.3 认识 3)

[1.4 认识 4](#1.4 认识 4)

[2. JVM 结构](#2. JVM 结构)

[2.1 HotSpot](#2.1 HotSpot)

[2.2 运行流程](#2.2 运行流程)

[2.3 补充](#2.3 补充)

[3. 架构模型](#3. 架构模型)

[3.1 基于栈式架构](#3.1 基于栈式架构)

[3.2 基于寄存器架构](#3.2 基于寄存器架构)

[3.3 总结](#3.3 总结)

[4. JVM 的生命周期](#4. JVM 的生命周期)

[4.1 虚拟机的启动](#4.1 虚拟机的启动)

[4.2 虚拟机的执行](#4.2 虚拟机的执行)

[4.3 虚拟机的退出](#4.3 虚拟机的退出)

1. JVM 概述

如果把核心类库的 API 比作数学公式，那么 Java 虚拟机的知识就好比公式的推导过程；

了解 JVM 是一个程序员的内功。

好比张无忌可以速通乾坤大挪移，直达第九层

而苦练此武功数十年的副使杨逍也仅仅是第二层

最重要的原因之一在于张无忌内功深厚

1.1 认识 1

Java语言：一次编译，到处运行

但需要运行的计算机安装 JVM（JDK 包含 JVM）；

1.2 认识 2

Java 虚拟机不关心运行在内部的程序是何种语言编写的

只关心字节码文件是否符合 Java 虚拟机的标准

只要不同的语言使用编译器生成的字节码文件符合Java 虚拟机的标准

Java 虚拟机都可以运行，

因此，Java 虚拟机并不是只针对 Java 语言的

同时，该字节码文件可称为jvm 字节码文件

1.3 认识 3

Java 不是最强大的语言

但 JVM 是最强大的虚拟机

1.4 认识 4

Java 平台上的多语言混合编程是主流趋势

各种语言都运行在一个虚拟机上，

且编译的字节码文件都符合 JVM 虚拟机的标准

所以，各种语言的交互不存在任何困难；

2. JVM 结构

2.1 HotSpot

Java虚拟机（JVM） 是一种标准的虚拟机规范，用于运行 Java 类文件。JVM 的主要作用是提供一个运行时环境，使 Java 程序能够在不同的硬件和操作系统上运行1。

HotSpot 是 JVM 的一种具体实现，由 Sun 公司开发，现归属于 Oracle 公司。HotSpot 虚拟机是目前使用最广泛的 JVM 实现之一；

2.2 运行流程

下图，从上往下看：

字节码文件作为"原材料"

经类加载器/装载器将字节码文件加载到内存当中

在内存中的方法区生成大的 class 实例

之后解释器解释运行

2.3 补充

操作系统只识别机器指令，字节码要在 JVM 解释器使用 JIT 编译器编译成机器代码。

【机器指令是计算机处理器（CPU）能够直接识别和执行的命令，其本质是一系列的二进制编码。】

多个线程共用方法区 和堆，而每个线程都有唯一的 Java 栈 ，本地方法栈 ，程序计数器

执行引擎包含三部分：解释器 ，JIT 即时编译器 （编译器的后端），垃圾回收器（实现垃圾的回收）

3. 架构模型

Java 编译器输入的指令流有两种指令集架构

一种是基于栈 的，另一种是基于寄存器的

3.1 基于栈式架构

设计和实现更简单，适用于资源受限的系统
避开了寄存器的分配难题：使用零地址指令方式分配
指令流中的地址大部分是零地址指令，其执行过程依赖于操作栈。

指令集更小，编译器容易实现。

不需要硬件支持，可移植性更好，更好实现跨平台

3.2 基于寄存器架构

典型的应用是 x86 的二进制值指令集
指令集架构完全依赖硬件，可移植性差
性能优秀，执行更高效
花费更少的指令完成一项操作
大部分情况下，基于寄存器架构的指令集往往都以 一/二/三地址指令为主

而基于栈式架构的指令集以零地址指令为主

3.3 总结

由于跨平台性的设计

Java 的指令都是根据栈来设计的

（不同平台 CPU 架构不同，即不能设计为基于寄存器的）

所以：

跨平台性，指令集小，指令多，执行性能比寄存器差

4. JVM 的生命周期

4.1 虚拟机的启动

Java 虚拟机的启动通过引导类加载器（bootstrap class loader） 创建一个初始类（initial class） 完成的

该类由虚拟机具体指定

4.2 虚拟机的执行

程序执行时 Java 虚拟机才运行

程序结束时 Java 虚拟机就停止

4.3 虚拟机的退出

程序正常执行结束

程序在执行过程中遇到异常或错误而异常终止

操作系统出现错误而导致 Java 虚拟机进程终止

某线程调用 Runtime 类或 System 类的 exit 方法，或 Runtime 类的 halt 方法，

并且 Java 安全管理器也允许这次 exit / halt 操作