虚拟机系列 | JVM特点，基础结构与执行周期

一、虚拟机简介

1、虚拟机概念

虚拟机（Virtual Machine）指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。在实体计算机中能够完成的工作在虚拟机中都能够实现。在计算机中创建虚拟机时，需要将实体机的部分硬盘和内存容量作为虚拟机的硬盘和内存容量。每个虚拟机都有独立的CMOS、硬盘和操作系统，可以像使用实体机一样对虚拟机进行操作。

2、JVM虚拟机

JVM是Java-Virtual-Machine的缩写，即Java虚拟机，JVM是一种用于计算设备的规范，它是一个虚构出来的计算机，是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。

3、JVM特点

首先一次编译处处运行是学习Java语言都知道的事情，其实并不是Java语言跨平台，是JVM跨平台，Jvm运行时并不是执行Java文件，而是执行编译后的.class文件。

字节码

字节码文件即JVM可以识别并执行的二进制文件，不同的编程语言经过编译器编译处理之后，转换成统一的字节码规范文件，这样JVM就可以执行。

跨平台

跨平台的特性即JVM虚拟机可以运行在不同的计算机系统上，例如经常使用的Linux系统，MacOS系统，Win系统，一次编译，处处运行就是这样理解的。

跨语言

随着JVM的不断发展和优化，很多语言都借助JVM的能力，各种编程语言经过编译，转换为字节码文件，JVM都可以识别，这也是现在Java体系下业务编程经常混语言的原因。

注意：现在和后续Jvm系列文章都是基于HotSpot-VM和JDK1.8+版本的基础之上。

二、虚拟机结构

Jvm的整体结构大致如下：

1、类加载器

类加载器用来加载Java类到JVM虚拟机中，源代码程序.java文件在经过编译器编译之后就被转换成字节代码.class文件，类加载器负责读取字节代码，并转换成java.lang.Class类的一个实例。

2、运行时数据区

元数据区

JDK1.8开始的说法，之前称为方法区Method-Area，存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

堆区

所有线程共享的一块内存区域，虚拟机启动时被创建用来存放对象实例。

JVM栈

可以参考了解栈的数据结构，存放Java方法执行的内存模型，在Java开发中，一个功能实现需要多个子程序方法配合，程序执行时跳往子程序前，会将下个指令的地址存到堆栈中，直到子程序执行完后再将地址取出，退回到原来的程序中。

本地方法栈

本地方法栈和虚拟机栈的功能类似，为JVM调用native方法时服务。

程序计数器

相对较小的一块内存空间，作用可以理解是当前线程所执行的字节码的行号指示器。

3、执行引擎

Java虚拟机最核心的组成部分，输入的是字节码，处理过程是字节码解析，输出执行结果。

三、生命周期

这里说的JVM生命周期，指JVM执行Java程序时的周期：

启动初始化：启动时通过引导类加载器创建初始类完成；

程序执行：从main方法开始，执行Java程序，直到程序执行完结束；

虚拟机退出：程序正常执行结束，或者发生异常、错误等而造成终止，也可以调用exit退出方法；

四、HotSpot虚拟机

HotSpot是Java体系下使用最多的虚拟机，它结合了最新的内存模型，垃圾收集器和自适应优化器，为使用许多先进技术的Java应用程序提供了最佳性能。

主要原因：使用多，大部分的Java运行环境都依赖HotSpot虚拟机。