什么是JVM?

定义
- Java Virtual Machine— Java程序的运行环境（Java二进制字节码的运行环境）
好处
1. 一次编译，到处运行
2. 自动内存管理，垃圾回收功能
3. 数组下表越界检查
4. 多态
比较JVM、JRE、JDK
- JVM（Java Virtual Machine），Java虚拟机
- JRE（Java Runtime Environment），Java运行环境，包含了JVM和Java的核心类库（Java API）
- JDK（Java Development Kit）称为Java开发工具，包含了JRE和开发工具

学习JVM有什么用？

面试
理解底层实现原理
中高级程序员的必备技能

常见的JVM

JVM 在 Java 中是如何工作的

JVM主要分为三个子系统
1. 类加载器（ClassLoader）
2. JVM运行时数据区（内存结构）
3. 执行引擎

类加载器系统

Java 的动态类加载功能由类加载器子系统处理。它在运行时第一次引用一个类时加载、链接和初始化该类，而不是在编译时。
它执行三个主要功能
- 加载
- 链接
- 初始化

加载

该组件将加载类。
BootStrap ClassLoader、Extension ClassLoader、Application ClassLoader 是三个有助于实现它的类加载器。
- BootStrap ClassLoader 启动类加载器是所有其他类加载器的parent（rt.jar包下的类）
- Extension ClassLoader 扩展类加载器加载核心 Java 类的扩展类（ext/*.jar包下的类）
- Application ClassLoader 应用类加载器加载在classpath中的我们自己写的文件

连接

这部分要做三件事
1. 验证（Verify）
  - 验证被加载的类的准确性，保证安全，不被恶意修改
  - 有四种验证方式，文件格式验证，元数据验证，字节码验证，符号引用验证
2. 准备（Prepare）
  - 为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始值，也就是零值，即在准备阶段，类的变量都会是默认值，只有到了初始化阶段（initization），才会赋值
  - 如果用final修饰的static变量，那么在这个阶段，就会显示初始化，因为final在编译的时候就分配了空间和值
3. 解析（Resolve）
  - 将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程
  - 解析伴随着初始化执行完之后再执行

初始化

这是类加载的最后阶段，这里所有的静态变量都将被赋予原始值并执行静态块。

JVM内存结构

方法区（Method Area）：所有类级别的数据都将存储在这里，包括静态变量。方法区是每个 JVM 一个，它是一种共享资源。
堆（Heap Area）：所有的Objects及其对应的实例变量和数组都将存储在这里。堆区也是每个 JVM 一个，因为方法区和堆区为多个线程共享内存，存储的数据不是线程安全的。

虚拟机栈（Stack Area）
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：对于每个线程，都会创建一个单独的运行时堆栈。对于每个方法调用，都会在堆栈内存中创建一个条目，称为


栈帧
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。所有局部变量都将在堆栈内存中创建。堆栈区域是线程安全的，因为它不是共享资源。


Stack Frame
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   分为三个子实体如下

   1. `局部变量数组`：与方法有关，涉及多少个局部变量，相应的值将存储在这里。
   2. `操作数栈`：如果需要执行任何中间操作，操作数栈充当运行时工作空间来执行操作。
   3. `帧数据`：所有与方法对应的符号都存储在这里。在任何异常的情况下，catch块信息将在帧数据中维护。

4. `程序计数器（PC Registers）`：每个线程都有独立的程序计数器，用于保存当前执行指令的地址 ，一旦指令执行，程序计数器将被下一条指令更新

5. `本地方法栈（Native Method stacks）`：保存本地方法信息。对于每个线程，将创建单独的本地方法堆栈。

## 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一执行。

  1. `解释器`：读取字节码，解释并逐一执行。解释器解释字节码的速度更快，但执行速度较慢。解释器的缺点是当一个方法调用多次时，每次都需要解释。

  2. ```
     JIT 编译器


  ：JIT 编译器抵消了解释器的缺点（一个方法调用多次，每次都需要解释），执行引擎将使用解释器的帮助进行转换，但当它发现重复代码时，它使用 JIT 编译器编译整个字节码并将其更改为本机代码。此本机代码将直接用于提高系统性能的重复方法调用。

  1. 中间代码生成器：生成中间代码
  2. 代码优化器：负责优化上面生成的中间代码
  3. 目标代码生成器：负责生成机器代码/本机代码
  4. Profiler：Profiler是一个特殊的组件，它负责发现热点（即）用于识别方法是否被多次调用。