JVM是什么？

• JVM是什么？

JVM，即Java Virtual Machine，即Java虚拟机。

• 虚拟机是什么？

模拟出一台和真实物理电脑行为几乎一样的虚拟电脑的软件。（JVM是进程虚拟机，不模拟硬件，只模拟一套自定义虚拟指令集，专门用来跑编程语言代码，和物理CPU无关）

• 为什么要模拟真实物理电脑？

解决Java程序跨平台运行的问题。

• 什么是跨平台运行？

一份软件或程序代码不需要修改源码、不用重新编译，就能在多种不同操作系统、不同 CPU 硬件架构上直接正常运行。

• 为什么需要跨平台运行？

多平台需要搭建多套编译环境，维护成本极高；第三方依赖极易出现编译失败、兼容性问题；给普通用户使用时，用户根本不会编译；版本分发、升级维护极其繁琐。

• 为什么能解决Java程序跨平台运行问题？

C/C++ 源码编译后直接生成当前 CPU + 操作系统的原生机器码程序。

Java源码编译生成在JVM上执行的字节码文件。

综上所述

JVM是用于执行Java字节码的虚拟机。

另外，它还提供类加载、内存管理、垃圾回收等运行时支持。

接下来看JVM是如何工作的

真正的计算机有CPU、内存、寄存器、程序计数器、指令执行，作为虚拟机，JVM里也有程序计数器（PC）、栈（Stack）、堆（Heap）、方法区（Method Area）、执行引擎（Execution Engine）。

JVM运行流程

前置工作：Java源代码编译成class字节码文件（javac执行）。

• 类加载器读取并解析 .class 文件，在运行时数据区创建类的运行时数据结构；
• 执行引擎读取这些字节码，通过解释执行或 JIT 编译生成机器码，最终由 CPU 执行（在这个过程中，垃圾回收也在工作）。

其中需要详细了解一下运行时数据区和垃圾回收。

运行时数据区

运行时数据区，即JVM内存结构，包括：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区。

1、程序计数器：记录当前线程正在执行的字节码指令的地址

2、虚拟机栈：

• 每次函数调用都会有一个对应的栈帧被压入（栈帧存储方法参数、方法内局部变量、方法放回地址）
• 方法递归过多会导致java.lang.StackOverflowError 栈内存溢出

3、本地方法栈：调用本地函数时，压入对应栈帧（以native修饰的方法就是本地方法，本地方法是C/C++编写的，Java通过接口调用，Java通过本地方法调用操作系统底层功能）

4、堆：保存对象实例（垃圾收集器管理的主要区域）

5、方法区：

• 存储类信息、常量、静态变量
• JDK7方法区的实现叫：永久代，占用的是堆的内存空间，大小固定
• JDK8方法区的实现叫：元空间，占用的是本地内存的空间，大小自动调整

垃圾回收

• 是什么？

自动管理内存的一种机制。自动释放不再被程序引用的对象所占用的内存。

判断对象是否还被引用：可达性分析算法

• 垃圾回收算法

1. 标记清除：标记存活对象（被引用对象）和垃圾对象（不被引用对象），回收垃圾对象；
2. 标记整理：标记存活对象和垃圾对象，将存活对象向一端移动，清理边界以外的内存空间；
3. 复制法：内存分为大小相等的两块，只使用其中一块，这一块使用完之后，将存活对象复制到另一块内存中，清理这一块的所有内存空间；

• 分代垃圾回收

一般不单独使用某一种垃圾回收算法。

将堆分为新生代和老年代；

新生代中存储存活率低的对象，采用复制法（频繁回收，要高效一点）；

老年代中存储存活率高的对象，采用标记整理法（很久回收一次，效率低一点可以接受）。