JVM的定义
VM（虚拟机）是用软件实现的物理机，Java的一个重要的设计理念就是编写一次，到处运行，而运行的载体，就是VM。编译器会将Java文件编译成 .class 文件，JVM会加载并执行 .class 文件。下面的图展示了JVM的整体架构。
JVM 架构图
JVM在是如何工作的
如上图所示，JVM由三个子系统构成。
- 类加载系统 （Class Loader Subsystem）
- 执行时数据区域（Runtime Data Area）
- 执行引擎（Execution Engine）
1. 类加载子系统（Class Loader Subsystem）
类加载子系统负责动态加载类，在运行时（而非编译时），当一个类初次被引用的时候，它将被加载、链接、初始化。
1.1 加载（Load）
类加载子系统主要🈶️三个具体的类加载器，包括引导加载器（BootStrap ClassLoader）, 扩展加载器（Extension ClassLoader），应用加载器（Application ClassLoader）
- 引导加载器 BootStrap ClassLoader – 负责从 bootstrap classpath 中加载类，有且只有一个 rt.jar 文件，该加载器具有最高优先级。
- Extension ClassLoader – 负责从 ext 目录中加载类，ext 目录定义为 jre\lib。
- Application ClassLoader – 负责从应用定义的 classpath 的中加载类，用户可以通过指定环境变量的方式定义该目录。如： java -classpath
以上类加载器通过双亲委派模型执行类加载：
当一个类加载器收到类加载任务，会先交给其父类加载器去完成，因此最终加载任务都会传递到顶层的启动类加载器，只有当父类加载器无法完成加载任务时，才会尝试执行加载任务。
采用双亲委派的一个好处是比如加载位于rt.jar包中的类java.lang.Object，不管是哪个加载器加载这个类，最终都是委托给顶层的启动类加载器进行加载，这样就保证了使用不同的类加载器最终得到的都是同样一个Object对象。
1.2 链接（Link）
- 校验（Verify） – 字节码验证器会验证生成的字节码是否正确，如果校验失败，会返回校验错误。
- 准备（Prepare） – 所有的静态变量会被分配内存并且赋默认值。
- 解析（Resolve） – 所有的符号内存引用 symbolic memory references 将被方法区的原始引用替代。
1.3 初始化
初始化是类加载的最后一步，在这里静态变量会被赋予初值，静态方法区会被执行。
2. 运行时数据区（Runtime Data Area）
运行时数据区可以划分为五个区域
- 方法区（Method Area） – 所有的类级别的数据都会存储到这里，包括静态变量。方法区在JVM中是唯一的，她是共享资源。
- 堆区（Heap Area） – 所有的对象和她对应的实例变量和数组都被存储在这个区域。堆区也是唯一的、线程共享的资源，所以存储在该区域的数据并不是线程安全的。
- 堆栈区（Stack Area）：对于每个线程，将创建单独的运行时堆栈。对于每个方法调用，将在堆栈存储器中产生一个条目，称为堆栈帧。所有局部变量将在堆栈内存中创建。堆栈区域是线程安全的，因为它不共享资源。堆栈框架分为三个子元素：
- 局部变量数组（Local Variable Array）：与方法相关，涉及局部变量，并在此存储相应的值
- 操作数堆栈（Operand stack）：如果需要执行任何中间操作，操作数堆栈将充当运行时工作空间来执行操作
- 帧数据（Frame Data）：对应于方法的所有符号存储在此处。在任何异常的情况下，捕获的区块信息将被保持在帧数据中；
4. PC寄存器（PC Registers）：每个线程都有单独的PC寄存器，用于保存当前执行指令的地址。一旦执行指令，PC寄存器将被下一条指令更新；
5. 本地方法堆栈（Native Method stacks）：本地方法堆栈保存本地方法信息。对于每个线程，将创建一个单独的本地方法堆栈。
3. 执行引擎
分配给运行时数据区的字节码将由执行引擎执行，执行引擎读取字节码并逐个执行。
3.1 解释器：解释器更快地解释字节码，但执行缓慢。解释器的缺点是当一个方法被调用多次时，每次都需要一个新的解释；
3.2 JIT编译器：JIT编译器消除了解释器的缺点。执行引擎将在转换字节码时使用解释器的帮助，但是当它发现重复的代码时，将使用JIT编译器，它编译整个字节码并将其更改为本地代码。这个本地代码将直接用于重复的方法调用，这提高了系统的性能。JIT的构成组件为：
- 中间代码生成器（Intermediate Code Generator）：生成中间代码
- 代码优化器（Code Optimizer）：负责优化上面生成的中间代码
- 目标代码生成器（Target Code Generator）：负责生成机器代码或本地代码
- 分析器（Profiler）：一个特殊组件，负责查找热点，即该方法是否被多次调用；
3.3 垃圾收集器(Garbage Collector)：收集和删除未引用的对象。可以通过调用“System.gc（）”触发垃圾收集，但不能保证执行。JVM的垃圾回收对象是已创建的对象。
Java本机接口（JNI）：JNI将与本机方法库进行交互，并提供执行引擎所需的本机库。
本地方法库（Native Method Libraries）：它是执行引擎所需的本机库的集合。
