JAVA虚拟机是什么
 

一般理解为以下三种：

•    抽象规范。
•    一个具体的实现。
•    一个运行中的虚拟机实例

      Java虚拟机抽象规范仅仅是个概念，《The Java Virtual Machine Specificaiion》一书中详细地描述了规范内容。
       规范的具体实现，可能来自多个提供商，并存在于多个平台M它或者完全用软件实现。或者以硬件和软件相结合的方式来实现，下面是目前几个主流的Java虚拟机实现。

• Java SE / Java EE：Hotspot，JRockit（Oracle）；J9， JikesRVM(IBM)；Zulu，Zing (Azul)
• Android / Android兼容系统：Dalvik / ART
• 研究性质的JVM:：Jikes RVM，Maxine VM，Graal VM

       当运行一个Java程序的同时，也就在运行了一个Java虚拟机实例。 每个Java程序都运行于某个具体的Java虚拟机实现的实例上。

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组成部分：

       在Java虚拟机（规范）中，一个虚拟机实例的行为是分别按照子系统、内存区、数据类型以及指令这几个术语来描述的。这些组成部分一起展示抽象的虚拟机的内部抽象体系结构。但是规范中对它们的定义并不是要强制规定Java虚拟机实现内部的体系结构，更多的是为了产格地定义这些实现的外部格征。来定义任何Java虚拟机实现都必须遵守的行为。

       下图中Java虚拟机（实现）的结构框图，包括在规范中描述的主要子系统和内存区。每个Java虚拟机都有一个类装载器子系统，它根据给定的全限定名来装类型（类或接口 ）。 同样每个Java虚拟机都有一个执行引擎，它负责执行那当包含在被装载类的方法中的指令。

     Java虚拟机的主要任务是装载class文件并且执行其中的字码。Java 虚拟机包含一个类装载器(class loader)，它可以从程序和API中装载class文件。Java API中只有程序执行时需要的那些类才会被装载。字节码由执行引擎来执行。

执行引擎：

      执行引擎是Java虚拟机的核心。在Java虚拟机规范中，执行引擎的行为使用指令集来定义。对于每条指令，规范都详细规定了当实现执行到该指令时应该处理什么。但是却对如何处理言之甚少。实现的设计者行权决定如何执行字节码，实现可以采取解释，即时编译或直接用芯片上的指令执行。

    操作字节码一般分为以下四种实现：

• 最简单的执行引擎就是一次性解释字节码。
• 另一种执行引擎更快，但是也更消耗内存，叫做“即时编译器：(just-in-time compiler)。在这种情况下，第一次被执行的字节码会被编译成本地机器代码。编译出的本地机器代码会被缓存(CodeCache)，当方法以后被调用的时候可以重用。
• 第三种执行引擎是自适应优化器。虚拟机（运行的实例）开始的时候解释字节码，会监视运行中程序的活动。记录下使用最频繁的代码段。程序运行的时候，虚拟机只把那些活动最频繁的代码（热点代码）编译成本地代码，其他的代码继续保留为字节码，一个自适应的优化器可以使得Java虚拟机在80%-90%的时间里执行被优化过的本地代出，而只需要编译10%-20%对性有影响的代码。
• 最后一种虚拟机由硬件芯片构成。它用本地方法执行 Java字节码，这种执行引擎实际上是内嵌在芯片里的。

       前三种处理方式，都是在此前实现方式下进行的优化。在虚拟机中是相辅相成的。

 何为热点代码：1:被多次调用的方法  2:被多次执行的循环体

 阈值如何判断：

         方法计数器，统计被多次调用的方法次数，该计数器统计的并不是方法被调用的绝对次数，而是在一段时间内方法被调用的次数。server模式下默认是10000次，可以通过-XX:CompileThreshold来设置
       回边计数器，统计一个方法中循环体代码执行的绝对次数，在字节码中遇到控制流向后跳转的指令称为回边，主要通过OnStackReplacePercentage设置。

   

        指令集：方法的字节码流是由Java虚拟机的指令序列构成的，每一条指令包含一个单字节的操作码。后倒跟随0个或多个操作数。操作码表明需要执行的择作；操作数向Java虚拟机提供执行操作码需要的额外信息，操作码本身就已是规定了它是否需要跟随操作数，以及如果操作数的话，它是什么形式的。很多Java虚拟机的指令不包含操作数，仅仅是由一个操作码字节构成的，根据操作码的需要。虚拟机可能除了跟随操作码的操作数之外。还需要从另外一些存储区域得到操作数：当虚拟机执行一条指令的时候，可能使用当前常址池中的项、当前帧的局部变量中的值、或者位于当前帧操作数栈顶端的值。

运行时数据区：

        Java虚拟机运行一个程序时，它需要内存来存储许多东西。例如字节码，从已装载的class文件中得到的其他信息，程序创建的对象，传递给方法的参数，返回值，局部变量，以及运算的中间结果等。Java虚拟机把这些东西都组织到几个“运行时数据区”中，以使于管理。“运行时数据区”都会以某种形式存在每一个Java虚拟机实现中。但是规范对它们的描述却是相当抽象的，这些运行时数据区结构上的细节大多数都由具体实现的设计决定。

数据类型：

      Java虚拟机是通过某些数据类型来执行计算的，数据类型及其运算都是由Java虚拟机规范严格定义的。数据类型可以分为两种：基本类型和引用类型。基本类型的变量持有原始值。而引用类型的持有引用值。下图是具体的定义图：

字长的考量：

       Java虚拉机中最基本的数据单元就是字（word）,它的大小是由每个虚拟机实现的设计者 来决定的。字长必须足够大，至少是一个字单元就足以持有byte、short、int、char、float、 return Address或者refercncc类型的值。而两个字单元就足以持有long（64bit）或者double(64bit)类型的值，因此, 虚拟机实现的设计者至少得选择32位作为字长，或者选择更为高效的字长大小。通常根据底层主机平台的指针长度来选择字长。

类装载器子系统：

       Java虚拟机有两种类装载器：启动类装载器和用户自定义类装载器。前者是Java虚拟机实现 的一部分，后者则是Java程序的一部分。由不同的类装载器装载的类将被放在虚拟机内部的不同命名空间中。

类加载的流程         

         一个类型从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期将会经历加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载七个阶段，其中验证、准备、解析三个部分统称为连接。这七个阶段的发生顺序如下图所示。

                               

        加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是确定的，类型的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始，而解析阶段则不一定：它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定特性（也称为动态绑定或晚期绑定）。请注意，这里笔者写的是按部就班地“开始”，而不是按部就班地“进行”或按部就班地“完成”，强调这点是因为这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的，会在一个阶段执行的过程中调用、激活另一个阶段。

每一个步骤的开始时机：

      加载：《Java虚拟机规范》中并没有进行强制约束，这点可以交给虚拟机的具体实现来自由把握。但是对于初始化阶段，《Java虚拟机规范》则是严格规定了有且只有六种情况必须立即对类进行“初始化”（而加载、验证、准备自然需要在此之前开始）：