JVM（Java虚拟机）是一个抽象的计较模子。就如同一台真实的呆板，它有本身的指令集和执行引擎，可以在运行时操控内存区域。目标是为构建在其上运行的应用措施提供一个运行情况。JVM可以解读指令代码并与底层举办交互：包罗操纵系统平台和执行指令并打点资源的硬件体系布局。本文主要对JVM举办概述，并先容Java措施是如安在上面执行的。

虚拟机

从本质上讲，虚拟机是个被构建来提供特定或通用目标处事情况的非实体计较机。这听起来像是一个仿真器，用来仿真呆板未设置或不能按要求执行任务的硬件组件。因此，我们要做的就是建设一个软件，以软件的形式模仿硬件提供的处事，使之看起来这个特定的硬件在系统中是实际存在的。虚拟机在必然水平上利用CPU虚拟化，为实际的硬件问题提供一个接口。所以可以说它实际上有两种成果：提供一个虚拟的情况，可能将某些不存在的事物举办抽象化。可是当我们深入相识之后会发明，这两种成果有着很明明的差异。我们此刻暂且不看它们之间的差异点，它们的配合点在于都“冒充”成它们不是的对象。正如Popek和Goldberg在论文“Formal Requirements for Virtualizable Third Generation Architectures”里说的，它是“一个真实呆板有效、独立的复成品。”

基于差异的需求和用途，虚拟机有许多范例。一种叫完全虚拟化（full virtualization），这种虚拟机表示得像一台真正的呆板。其他范例的虚拟时机更风雅，更专业，好比历程虚拟化(process virtualization)。而对JVM举办分类是很坚苦的，因为它对CPU举办了虚拟化，有本身的运行时情况、与底层平台协调事情的内存打点器、垃圾收集器，虽然尚有大量作为中间字节码输入的类库，最后但同样重要的是，它可以或许模仿呆板的寄存器、仓库等等。简朴地说，它是被Java编译器编译为java的本质——字节码的游乐场。字节码实际上是JVM用来将代码从头翻译为当地呆板指令所利用的呆板代码。

类文件名目

有趣的是，其实JVM并不体贴Java语言或其他编程语言的语义和语法布局。当JVM执行一段措施的时候，它主要存眷的是一种称为“类文件”的特定文件名目。*.class类文件名目和Java代码界说的面向工具的类布局毫无干系。编译器将*.java文件编译成*.class文件，然后JVM对*.class文件举办解译，它不体贴这个类文件是由哪种编译器生成的，只要切合类文件的文件名目即可。Java编译器将一段措施编译为等价的类文件。这些类文件实际上包括了半编译的代码——字节码。之所以称之为半编译，是因为字节码并不像C/C++编译器编译的二进制文件一样会被直接执行。字节码要先被输入到JVM中，软件开发，然后再转换为底层平台可以执行的最终指令。所以字节码包括了JVM的指令、标记表和其他的帮助信息。不管何种语言，能按照JVM的语法和布局约束编译生成字节码的编译器，都是一个可以在JVM上执行的候选者。

JVM的定位

JVM将自身定位于字节码和底层平台之间。底层平台是指操纵系统（OS）和硬件。操纵系统和硬件体系布局在差异的呆板上大概差异，可是同一段Java措施可以不消做任何的代码修改就能在差异的呆板上运行。这是在虚拟情况中执行的措施语言的奇特之处。譬喻，由其他措施语言编译器编译的方针代码如C++和Java对比的差异点在于，C++措施需要被特定平台的编译器从头编译，从而使它能在差异的体系布局上面运行。而Java代码并不需要做任何改变，因为由Java编译器编译的字节码是在外围的JVM上执行。因此，JVM认真从头解译由Java编译器生成的字节码，并和底层平台协调事情。也就是说，尽量Java编译器生成的功效是平台独立的，但JVM与特定平台相关的。除非两台呆板有沟通的体系布局，在某个别系布局上安装和利用的JVM大概换一台呆板就不能正常事情了。

图1:JVM布局

相对付JVM, JRE和JDK又是什么？

想要运行Java措施，我们需要JVM因为它提供了字节码的运行情况。Oracle提供了两种差异的产物：JDK（Java开拓东西）和JRE（Java运行情况）。JRE是我们安装运行Java措施的最根基软件。它和Java类库以及运行Java措施所需要的其他组件一起够成了JVM的一个实现。所以，假如我们想运行一个类文件或一段字节码，仅需要JRE就够了。而JDK（Java开拓东西）是JRE的超集。它包括了JRE提供的所有对象，包罗建设类文件的东西如Java编译器、调试器和其他很多开拓Java措施相关的东西。所以，当我们要建设类文件（编译Java源码）时，我们就需要JDK。下面是一张Java API文档的截图。留意构成JDK，劳务派遣管理系统，JRE和Java SE API焦点类库的组件；通过这张截图你可以相识JRE和JDK内里都有哪些内容。

图2: 来自Java API文档

Java提供了Java虚拟机类型来让我们对JVM的事情道理有一个完整的认识。你可以从这里获得观念性常识，并开拓一个本身的JVM；但这并不是一个简朴的事情。此刻市场上已经有许多JVM了，个中有些是免费的，尚有一些需要购置贸易许可证才气利用。

在JVM上执行Java措施

每一个在JRE上运行的Java措施城市建设一个JVM实例。编译后的Java类文件和其他被依赖的类文件会被加载到运行情况中。这一步由类加载器协助完成。

图3:类加载模块和其成果

类加载器通过三步完成类加载

首先，类加载器会以字节码的形式加载措施类文件和与JDK绑定的尺度Java类文件。尺度类文件组成了Java API焦点类库。引导措施通过定位凡是位于jre/lib目次下的焦点API类库启动。

然后，扩展机拟定位扩展类库，譬喻一些为开拓或执行代码而被添加到Java里新的（可选）包。扩展类凡是位于 jre/lib/ext目次下。有时，扩展类会被放到系统属性java.ext.dirs 界说的其他目次下面。措施包利用JAR或ZIP的扩展名。

最后，假如要加载的类没有在Java的尺度类库或扩展类库中被找到，加载器会搜索CLASSPATH情况变量下界说的文件路径，CLASSPATH内里包括了诸多存储类文件的地点。系统属性java.class.path对CLASSPATH情况变量做了映射。

像JAR或ZIP这样的归档文件都是包括了一些其他文件目次的独立文件，凡是是压缩文件名目。譬喻，措施中利用的尺度类库包括在归档文件 rt.jar中，该文件会和JDK被一同安装。

一旦文件被定位并加载之后，类加载器会执行差异的成果，譬喻按照JVM的约束举办校验、内存分派，可能在挪用结构器配置界说的变量元素之前利用默认值初始化类变量。

当加载措施竣事之后，字节码指令被通报给执行引擎。然后JVM借助于绑定到指定平台的特定JVM实现的当地代码和底层操纵系统举办交互。请留意，差异平台的实现大概有略微差异。

数据存储区的堆空间用于存储动态或姑且分派的内存空间。类和数组是在这块区域里建设的。当建设工具巨细超出堆内存空间时，垃圾收集器会接纳内存。

Java栈，又叫栈帧，用于存储局部变量和差异阶段要领挪用的姑且功效。每一次要领挪用城市建设一个栈帧。

要领区根基上是JVM线程间的共享存储区。

寄存器是一个模仿的底层呆板寄存器，劳务派遣管理系统，主要用于执行字节码指令。PC寄存器或措施计数器是用于生存当前指令执行地点的主要寄存器。

JVM成果概述

JVM的成果可以归纳为：

总结

利用虚拟机执行措施的最大长处是它是平台独立的。和C/C++这种高效的语言对比，这种范例编程语言的出产力可以补充其机能上的弱点。本文仅仅是对JVM的一点浅见，但也许已经足以辅佐领略JVM是如何实际事情的。