一、概述

虚拟机是一种抽象化的计算机，通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。Java虚拟机有自己完善的硬体架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。Java虚拟机屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使得Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行。

得益于Java虚拟机，Java自诞生起便提出口号“Write Once, Run Anywhere”

JDK、JRE 区别：

• JDK 指整个Java技术体系
• JRE 指支持Java程序运行的标准环境

Java技术体系：

• Java程序设计语言
• 各种硬件平台上的Java虚拟机
• Class文件格式
• Java API 类库
• 第三方 Java 类库

常见虚拟机

虚拟机	特点
Sun Classic/Exact VM
HotSpot VM	Java默认虚拟机，以热点探测技术而命名，热点探测能通过执行计数器找出最具编译价值的代码，并以方法为单位进行编译。
BEA JRocket	JRocket虚拟机以垃圾收集器、Java Mission Control故障处理套件功能而闻名于世，现已不再发展
IBM J9	一款由IBM设计，可在服务端、桌面应用、嵌入式得到全方位应用的虚拟机。其闻名于优秀的职责分离、模块化。
BEA Liquid	一款不需要操作系统支持的虚拟机，它自身实现了一个专用的操作系统功能（线程调度、文件系统、网络支持），线程切换无需进行内核态/用户态切换。
Azul VM	运行于Vega系统上的虚拟机，每个实例可管理至少数十个CPU、数百GB内存，因其可在巨大内存范围内可控的垃圾收集器（PGC和C4)闻名

使用java -version查看当前ava版本号、虚拟机

Graal VM

Graal VM 虚拟机的口号：“Run Program Faster Anywhere”

GraalVM ,一个高性能的通用虚拟机，可以运行使用 JavaScript，Python 3，Ruby，R，基于 JVM 的语言以及基于 LLVM 的语言开发的应用。 GraalVM 消除了编程语言之间的隔离性，并且通过共享运行时增强了他们的互操作性。它可以独立运行，也可以运行在 OpenJDK，Node.js，Oracle，MySQL 等环境中。

Graal VM（Unique VM, Polyglot VM）在HotSopt虚拟机基础上增强而成的跨语言全栈虚拟机，可以作为“任何语言”的运行平台 (支持Java、Scala、Groovy、Kotlin等基于Java虚拟机的语言，C、C++、Rust等基于LLVM的语言，JavaScript、Ruby、Python、R等语言)，Graal VM 可以无额外开销的混合使用它们。

其基本工作原理是将语言源代码 / 编译后的中间格式转化为能被Graal VM 接受的中介格式，这个过程称为 程序特化 (Specialized, Partial Evaluation)。它提供Truffle工具集以便快速构建Sulong高性能LLVM字节码解释器。

二、内存概念模型

内存概念模型，用以表示 运行时数据区域（Runtime Data Areas）

1、程序计数器

程序计数器 (Program Counter Register) 是一块很小的内存空间，它可以看作当前线程执行字节码的行号指示器，它控制分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复。

2、Java 虚拟机栈

本地方法栈 (Native Method Stacks) 为虚拟机执行 Java方法 (字节码) 服务。它是线程私有的，生命周期与线程相同。

每个方法被执行时，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧 (Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态连接、方法出口等信息。执行从始至终，栈帧入栈出栈。

局部变量表存放了基本数据类型、对象引用类型，它不等同于对象本身，而是一个指向对象起始地址的引用指针。

当线程请求栈深度大于允许深度时，抛出StackOverFlowError异常；栈扩展失败时，抛出OutOfMemoryError异常。

3、本地方法栈

本地方法栈 (Native Method Stacks) 为虚拟机使用本地 (Native)方法服务。在如Hot-Spot等虚拟机中，将 虚拟机栈 与 本地方法栈 合二为一。

当本地方法栈深度溢出时，抛出StackOverFlowError异常；栈扩展失败时，抛出OutOfMemoryError异常。

4、Java 堆

Java堆 (Java Heap) 是虚拟机管理最大的一块内存，它被各线程所共享，在虚拟机启动时创建。Java 几乎所有的对象实例、数组都分配在堆空间。

Java堆是垃圾收集器管理的内存区域，也被称为GC堆。当堆无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

5、方法区

方法区 (Method Area) 与Java 堆一样，被各个线程所共享，用以存储类型信息、变量、静态变量、即时编译的代码缓存等。它逻辑上属于堆，但实际上为了与堆空间作用不同，为了区分它们，方法区还有一个别名——非堆 (Non-Heap)。

当方法区无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

6、运行时常量池

运行时常量池 (Runtime Constant Pool) 是方法区的一部分。Class文件中有类的版本、字段、方法、接口，还有 常量池表 (Constant Pool Table) 以存放编译期间生成的各种字面量、符号引用，在类加载后会放入方法去的方法区的运行时常量池中。

当常量池无法再申请到内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

7、直接内存

直接内存（Direct Memory）并不是虚拟机运行时数据区的一部分，但是这部分内存被频繁使用。这部分区域也可能抛出OutOfMemoryError异常。

在JDK1.4中新加入了 NIO (New Input/Output)类，引入了基于通道 (Channel)、缓冲区 (Buffer) 的 I/O 方式。它通过使用 Native 函数库直接分配堆外内存，通过一个存储在Java堆里的DirectByteBuffer对象对这块内存引用进行操作，可以提高性能。

三、类加载机制

1、类加载的时机

• 隐式加载 new 创建类的实例,
• 显式加载：loaderClass,forName等
• 访问类的静态变量，或者为静态变量赋值
• 调用类的静态方法
• 使用反射方式创建某个类或者接口对象的Class对象。
• 初始化某个类的子类
• 直接使用java命令来运行某个主类

2、类的生命周期

加载：
加载字节码文件(.class)

链接：
确保 Class 文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。为类的静态变量分配内存并设为jvm默认的初值，对于非静态的变量，则不会为它们分配内存。将常量池中的符号引用转换为直接引用。

初始化：
执行类中定义的 Java 程序代码，此阶段是执行 () 方法的过程

使用：
使用阶段包括主动引用和被动引用，主动饮用会引起类的初始化，而被动引用不会引起类的初始化。
卸载：
满足一定条件后，JVM卸载类（在方法区中清空类信息），生命周期结束。

3、双亲委托机制

双亲委派模式：要求除顶层的启动类加载器（bootstrap），其余的类加载器都应该有自己的父类加载器，但是在双亲委派模式中父子关系采取的并不是继承的关系，而是采用组合关系来复用父类加载器的相关代码。

4、三大加载器

bootstrap

• 加载 jre/lib/下面的核心类库

extension

• 加载jre/lib/ext下的类库

application

• 加载用户类 classpath变量定义的目录