JVM学习笔记—什么是JVM

1. 什么是JVM

  1. JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，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。

2. JVM与操作系统

  1. Java 是一门抽象程度特别高的语言，提供了自动内存管理等一系列的特性。这些特性直接在操作系统上实现是不太可能的，所以就需要 JVM 进行一番转换。
  2. 从下图中可以看到，有了 JVM 这个抽象层之后，Java 就可以实现跨平台了。JVM 只需要保证能够正确执行 .class 文件，就可以运行在诸如 Linux、Windows、MacOS 等平台上了。
  3. 而 Java 跨平台的意义在于一次编译，处处运行，能够做到这一点 JVM 功不可没。比如我们在 Maven 仓库下载同一版本的 jar 包就可以到处运行，不需要在每个平台上再编译一次。
  4. 现在的一些 JVM 的扩展语言，比如 Clojure、JRuby、Groovy 等，编译到最后都是 .class 文件，Java 语言的维护者，只需要控制好 JVM 这个解析器，就可以将这些扩展语言无缝的运行在 JVM 之上了。

3.应用程序、JVM、操作系统之间的关系

  1. JVM运行起来以后会向操作系统申请内存空间，申请到一块适合的区域
  2. 程序运行找JVM，之后JVM会把申请好的空间分配给程序
  3. 一句话概括 JVM 与操作系统之间的关系：JVM 上承开发语言，下接操作系统，它的中间接口就是字节码。

4.== JVM、JRE、JDK 的关系==

  1. JVM 是 Java 程序能够运行的核心。但是需要注意，JVM 自己什么也干不了，你需要给它提供生产原料（.class 文件） 。
  2. 仅仅是 JVM，是无法完成一次编译，处处运行的。它需要一个基本的类库，比如怎么操作文件、怎么连接网络等。而 Java 体系很慷慨，会一次性将 JVM 运行所需的类库都传递给它。JVM 标准加上实现的一大堆基础类库，就组成了 Java 的运行时环境，也就是我们常说的 JRE（Java Runtime Environment）
  3. 对于 JDK 来说，就更庞大了一些。除了 JRE，JDK 还提供了一些非常好用的小工具，比如 javac、java、jar 等。它是 Java 开发的核心，让外行也可以炼剑！
  4. JVM、JRE、JDK 它们三者之间的关系，可以用一个包含关系表示。

5.Java虚拟机规范和 Java 语言规范的关系

  1. 如下图所示，左半部分是 Java 虚拟机规范，其实就是为输入和执行字节码提供一个运行环境。右半部分是我们常说的 Java 语法规范，比如 switch、for、泛型、lambda 等相关的程序，最终都会编译成字节码。而连接左右两部分的桥梁依然是Java 的字节码。
  2. 如果 .class 文件的规格是不变的，这两部分是可以独立进行优化的。但 Java 也会偶尔扩充一下 .class 文件的格式，增加一些字节码指令，以便支持更多的特性。
  3. 我们可以把 Java 虚拟机可以看作是一台抽象的计算机，它有自己的指令集以及各种运行时内存区域，学过《计算机组成结构》的同学会在课程的后面看到非常多的相似性。
  4. 我们简单看一下一个 Java 程序的执行过程，它到底是如何运行起来的。
  5. 举个例子：
  1. 下面这段 HelloWorld.java，它遵循的就是 Java 语言规范。其中，我们调用了System.out 等模块，也就是 JRE 里提供的类库。
public class HelloWorld { 
	public static void main(String[] args) { 
		System.out.println("Hello World"); 
	} 
}
  1. 使用 JDK 的工具 javac 进行编译后，会产生 HelloWorld 的字节码。
  2. Java 字节码是沟通 JVM 与 Java 程序的桥梁，下面来稍微看一下字节码到底长什么样子。
  3. 最左面的0358是java虚拟机的程序计数器
0 getstatic #2 <java/lang/System.out> // getstatic 获取静态字段的值 
3 ldc #3 <Hello World> // ldc 常量池中的常量值入栈 
5 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println> // invokevirtual 运行时方法绑定调用方法 
8 return //void 函数返回
  1. Java 虚拟机采用基于栈的架构，其指令由操作码和操作数组成。这些 字节码指令 ，就叫作 opcode。其中， getstatic、ldc、invokevirtual、return 等，就是 opcode，可以看到是比较容易理解的。
  2. JVM 就是靠解析这些 opcode 和操作数来完成程序的执行的。当我们使用 Java 命令运行 .class 文件的时候，实际上就相当于启动了一个 JVM 进程。
  3. JVM 会翻译这些字节码，它有两种执行方式。常见的就是解释执行，将 opcode + 操作数翻译成机器代码；另外一种执行方式就是 JIT，也就是我们常说的即时编译，它会在一定条件下将字节码编译成机器码之后再执行。