什么是 Java 中的 JVM-Java快速进阶教程
Java 中的 Java 虚拟机程序整个执行过程的核心。
它基本上是一个程序，提供Java程序执行所需的运行时环境。
换句话说，Java虚拟机（JVM）是一种抽象的计算机机器，负责在特定硬件平台上执行Java字节码（一组高度优化的指令）。它也被称为Java运行时系统。
JVM的规范由Sun Microsystem提供，其实现提供了一个运行时环境来执行我们的Java应用程序。JVM实现被称为Java运行时环境（JRE）。
由于 JVM 不依赖于平台，因此，它可用于许多硬件和软件平台。
Java 虚拟机的内部体系结构 （JVM）
让我们了解一下JVM的内部架构，如下图所示。
如上图所示，JVM包含以下主要组件：
- 类加载器子系统
- 运行时数据区域
- 执行引擎
- 本地方法接口
- Java 原生库
运行时数据区域由以下子组件组成，如下所示：
- 方法区
- Java堆
- Java 栈
- PC寄存器
- 本地方法栈
JVM在内部如何工作？
Java 虚拟机执行以下操作以执行程序。它们如下：
a） 将代码加载到内存中。
b） 验证代码。
c） 执行代码
d） 提供运行时环境。
当我们用 Java 制作程序时，.java程序代码被 Java 编译器转换为由字节码指令组成的.class文件。这个 Java 编译器在 JVM 之外。Java 虚拟机一般会执行以下操作，如下所示：
1. 此.class文件被传输到JVM的类加载器子系统，如上图所示。
在 JVM 中，类装入器子系统是执行以下功能的模块或程序：
a） 首先，类加载器子系统将.class文件加载到内存中。
b） 然后字节码验证器验证所有字节码指令是否正确。如果发现任何指令可疑，则立即拒绝进一步的执行过程。
c） 如果字节码指令正确，它会分配必要的内存来执行程序。
在JVM中内存分为 5 个独立的部分，称为运行时数据区域。它包含程序执行期间的数据和结果。这些区域如下：
1. 方法区域：
方法区域是一个内存块，用于存储 Java 程序的类代码、变量代码和方法。这里的方法是指在类中声明的函数。
2. Java堆：
这是创建对象的运行时数据区域。当 JVM 加载一个类时，会立即在其中构建一个方法和一个堆区域。
3. Java栈：
方法代码存储在“方法”区域中。但是在方法执行期间，它需要更多的内存来存储数据和结果。此内存在 Java 栈上分配。
Java 栈是执行 Java 方法的内存区域。在 Java 栈中，将创建一个单独的帧来执行该方法。
每次调用方法时，都会在栈中创建一个新帧。方法调用完成后，将销毁与其关联的帧。
JVM总是创建一个单独的线程（或进程）来执行每个方法。
4. PC寄存器：
PC（程序计数器）寄存器是那些包含当前正在执行的JVM指令的存储器地址的寄存器（内存区域）。
5. 本地方法栈：
Java程序的方法在Java栈上执行。同样，程序或应用程序中使用的本机方法在本地方法栈上执行。
通常，要执行本机方法，需要 Java 本机方法库。这些头文件通过称为本机方法接口的程序定位并连接到 JVM。
执行引擎
执行引擎由两部分组成：解释器和 JIT（实时）编译器。它们将字节码指令转换为机器码，以便处理器可以执行它们。
在Java中，JVM实现同时使用解释器和JIT编译器将字节码转换为机器码。这种技术称为自适应优化器。
通常，任何编程语言（如C / C++，Fortran，COBOL等）都将使用解释器或编译器将源代码流转换为机器代码。
现在，两个主要问题是：为什么两者都需要解释器和JIT编译器，以及两者如何同时工作？
在理解这一点之前，我们将知道什么是 Java 语言中的 JIT 编译器？
什么是Java中的JIT编译器？
Java 中的 JIT 编译器是 JVM 的一部分，用于提高 Java 程序的执行速度。
换句话说，它用于提高程序执行的性能。它有助于减少执行程序所需的时间。
解释器和 JIT 编译器如何在 Java 中同时工作？
为了理解这一点，让我们考虑下面示例代码。假设这些是字节码指令：
print x; print y; Repeat the following execution 10 times by changing the values of i from 1 to 10: print z;
假设在没有Jit编译器帮助下，以下假设场景执行过程如下：
首先Java 解释器从第一条指令开始执行过程。它解释打印 x;转换为机器代码并将其传输到微处理器。
为此，假设 Java 解释器花了 2 纳秒的时间来完成它。微处理器获取它，执行它，并在屏幕上显示 a 的值。
接着，解释器回到内存中，阅读第二条指令打印 y;并需要另外 2 纳秒将其转换为机器代码。然后将机器代码提供给处理器，处理器执行它。
同样，解释器回来读取第 3 条指令，这是一个循环语句 print z;它应该做 10 次。
假设，解释器第一次需要 2 纳秒才能将 print z 转换为机器代码。
将此机器代码提供给处理器后，它返回内存，读取打印 z;第 2 次指令，再需要 2 纳秒才能将此指令转换为机器代码。然后解释器将此机器代码提供给处理器执行。
同样，解释器回来并读取打印 z;并第三次转换它，再花 2 纳秒。像这样，Java 解释器将转换打印 z;指令进入机器代码10次。
因此，解释器总共需要 10 x 2 = 20 纳秒才能完成此循环。此过程既费时又效率低。
这就是 JVM 不将此字节码指令分配给解释器的原因。它将此代码分配给 JIT 编译器。
在这里，术语编译器是指将Java虚拟机的指令集转换为特定处理器的指令集的转换器。
JIT 编译器如何执行循环指令？
让我们了解 Java 中的 JIT 编译器如何执行循环指令。
首先，JIT 编译器读取 print z 指令，然后将其转换为机器代码。为此，假设 JIT 编译器需要 2 纳秒才能完成此任务。
现在，JIT 编译器分配一个内存块，并将此机器代码指令推送到该内存中。为此，假设还需要 2 纳秒才能完成它。因此，JIT 编译器总共花费了 4 纳秒。
接下来，处理器将从内存中获取此机器代码指令并执行 10 次。
现在您可以观察到 JIT 编译器仅花费 4 纳秒即可完成执行，而解释器需要 20 纳秒才能执行相同的循环。
因此，JIT 编译器提高了执行过程的速度。
这里再次出现一个问题，为什么前两条指令不被JVM分配给JIT编译器。
原因很清楚。JIT 编译器转换每条指令需要 4 纳秒，而解释器实际上只需要 2 纳秒来转换每条指令。
当.class文件加载到内存中时，JVM首先尝试确定哪些代码要提供给解释器，哪些代码要提供给JIT编译器，以便性能更好。
提供给 JIT 编译器的代码块在 Java 中也称为热点。Java语言中的这个特性确实提高了程序在运行时的执行时间，特别是当它要多次执行时。
尽管不建议这样做，但也可以关闭 JIT 编译器选项。
因此，Java 解释器和 JIT 编译器同时工作，将字节码指令转换为机器码指令。
JVM中的垃圾回收器有助于清理未使用的内存，以提高程序的效率。
