前言
推薦學習官方書籍，首推周志明老師出版的《深入理解》Java虛擬機器
Java及JVM簡介
1。Java是跨平臺語言
不同平臺只要安裝了JVM就可以執行位元組碼檔案
2。JVM是跨語言的平臺
只要將不同的語言編譯成JVM能識別的位元組碼檔案就能執行
如果想真正理解虛擬機器的工作原理，就自己編寫一個簡單的虛擬機器
3。java發生的重大事件
4。Java虛擬機器
作用：
Java虛擬機器就是二進位制位元組碼的執行環境，負責裝載位元組碼到其內部，解釋/編譯為對應平臺上的機器指令執行。
特點
一次編譯，到處執行
自動記憶體管理
自動垃圾回收功能
自動記憶體管理和自動垃圾回收機制帶來的問題
弱化了開發人員處理記憶體和垃圾回收的能力，從而形成了如容導致記憶體溢位的問題和程式碼最佳化的問題
JVM所處位置
Java8的結構圖
5。JVM的整體結構
HotSpot VM是目前市面上高效能虛擬機器代表之一
它採用直譯器和即時編譯器並存的架構
方法區和堆是所有執行緒共享的區域，Java棧（虛擬機器棧）、本地方法棧和程式計數器是執行緒私有的
執行引擎：是將class檔案翻譯成機器指令
6。Java程式碼執行流程
執行引擎包含兩部分
翻譯位元組碼（解析執行），保證響應時間，系統一啟動就對位元組碼進行逐行解析執行
JIT編譯器（編譯執行），針對位元組碼指令，對要反覆執行的程式碼，一般稱為熱點程式碼，JIT將熱點程式碼編譯成機器指令並放到方法區（1。8後叫元空間）快取起來
JIT即時編譯，將熱點程式碼翻譯成機器指令並在本地快取起來，提高程式的反應速度。如果JVM一開始就將所有位元組碼都翻譯成機器指令，需要花費過長的時間，從而導致暫停時間過長，會讓程式有段時間出現卡頓現象。為了讓暫停時間比較短，就要用到了直譯器進行解釋執行，因為直譯器響應速度快，逐行解釋執行位元組碼。
7。JVM的架構模型
Java編譯器輸入的指令流基本上是一種基於
棧的指令集架構
，另外一種指令集架構則是基於
暫存器的指令集架構。
具體來說，這兩種架構之間的區別：
基於棧式架構的特點：
設計和實現更簡單，適用於資源受限的系統。
避開了暫存器的分配難題，使用零地址指令方式分配。
指令流中的指令大部分是零地址指令，其執行過程依賴於操作棧。指令集更小，編譯器容易實現。
不需要硬體支援，可移植性更好，更好的實現跨平臺。
基於暫存器架構的特點：
典型的應用是x86的二進位制指令集；比如傳統的PC以及Android的Davlik虛擬機器。
指令集架構則完全依賴硬體，可移植性差。
效能優秀和執行更高效。
花費更少的指令去完成一項操作。
在大部分情況下，基於暫存器架構的指令集往往都以一地址指令、二地址指令和三地址指令為主，而基於棧式架構的指令集卻是以零地址指令為主。
Java程式碼示例：
運算元棧中的操作過程示例
JVM的架構模型總結：
由於跨平臺性的設計，Java的指令都是根據棧來設計的。
不同平臺CPU架構不同，所以不能設計為基於暫存器的架構。優點是跨平臺，指令集小（棧指令集是大概8個位元組，暫存器一般是16個位元組），編譯器容易識別實現，缺點是效能下降，實現同樣的功能需要更多的指令。
時至今日，儘管嵌入式平臺已經不是Java程式的主流執行平臺（準確來說應該是HotSpotVM的宿主機環境已經不侷限於嵌入式平臺了），那麼為什麼不將架構更換為基於暫存器的架構呢？主要是基於棧式架構的優勢來權衡的
棧：
跨平臺性、指令集小、指令多、執行效能比暫存器差
暫存器：
跟硬體耦合度高，可移植性差
8。JVM的生命週期
主要有三個狀態：啟動、執行、退出
虛擬機器啟動
Java虛擬機器的啟動是透過引導類載入器（bootstrap class loader）建立一個初始化類（initial class）來完成的，這個類是由虛擬機器（不同的虛擬機器實現不同）的具體實現指定的。
虛擬機器的執行
一個執行中的Java虛擬機器有著一個清晰的任務：執行Java程式。
程式開始執行時它才執行，程式結束時它就停止。
執行一個所謂的Java程式的時候，真真正正在執行的時一個叫做Java虛擬機器的程序。
虛擬機器的退出
有如下幾種情況：
程式經常執行結束
程式在執行過程中遇到了異常或者錯誤而異常終止
由於作業系統出現錯誤而導致Java虛擬機器程序終止
某執行緒呼叫Runtime類或System類的exit方法，或Runtime類的halt方法，並且Java安全管理器也允許這次exit或halt操作。
除此之外，JNI（Java Native Interface）規範描述了用JNI Invocation API來載入或解除安裝 Java虛擬機器時，Java虛擬機器的退出情況。
JVM發展歷程
1996年Java1。0版本，Sun公司釋出Sun ClassicVM的Java虛擬機器，世界上第一款商用Java虛擬機器，在JDK1。4時被淘汰
Exact VM，jdk1。2時，sun提供的虛擬機器
HotSpot VM jdk1。3到至今都在使用的虛擬機器，Oracle JDK和OpenJDK的預設虛擬機器
BEA的JRockit（2008年BEA被oracle收購了）專注於伺服器端應用，其內部不包含直譯器的實現，JRockit JVM是世界上最快的JVM
IBM 的 J9
TaoBaoJVM 由AliJVM團隊釋出。
是基於OpenJDK HotSpot VM釋出的國內第一個最佳化、深度定製且開源的高效能伺服器版Java虛擬機器。
