整体架构 - 墨码山河

摘要：本文主要学习了虚拟机的整体架构。

环境

Windows 10 企业版 LTSC 21H2
Java 1.8

1 简介

虚拟机（Java Virtual Machine，JVM）是Java程序运行的核心环境，它负责将class文件解释或编译为本地机器指令，并管理内存、线程、垃圾回收等关键任务。

Java编译器输入的指令流有两种：

由于跨平台性的设计，Java的指令集基于栈进行设计。

JVM模型如下：
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模型包括类加载器、运行时数据区、执行引擎、本地接口、本地类库。

早在1996年JDK1.0版本的时候，Sun公司发布的Java虚拟机，是世界上第一款商用Java虚拟机，JDK1.4时完全被淘汰。

这款虚拟机内部只提供解释器，还没有JIT编译器，效率比较低。

可以通过外挂使用JIT编译器，但是一旦使用了JIT编译器，JIT就会接管虚拟机的执行系统，解释器就不再工作，解释器和编译器不能配合工作。

现在HotSpot VM内置了此虚拟机。

为了解决上一个虚拟机问题，在JDK1.2时Sun公司提供了此虚拟机。

这款虚拟机具备现代高性能虚拟机的维形，不仅支持热点探测，还支持编译器与解释器混合工作模式。

最初由Longview Technologies公司设计。1997年，此公司被Sun公司收购。2009年，Sun公司被甲骨文公司收购。

在JDK1.3时，成为默认的虚拟机。

名称中的HotSpot指的就是它的热点代码探测技术：

由阿里JVM团队发布，基于Hotspot VM发布的国内第一个深度定制且开源的高性能服务器版Java虚拟机。

硬件严重依赖Intel的CPU，损失了兼容性，但提高了性能。

2018年4月，Oracle Labs公开了Graal VM，号称“Run Programs Faster Anywhere”，野心勃勃。与1995年Java的“write once，run anywhere”遥相呼应。

是在HotSpot VM基础上增强而成的跨语言全栈虚拟机，可以作为任何语言的运行平台使用，包括Java、Scala、Groovy、Kotlin、C、C++、Javascript、Ruby、Python、R等。

工作原理是将这些语言的源代码或源代码编译后的中间格式，通过解释器转换为能被Graal VM接受的中间表示。Graal VM提供Truffle工具集快速构建面向一种新语言的解释器。在运行时还能进行即时编译优化，获得比原生编译器更优秀的执行效率。

类加载器的作用是读取编译后的class文件，寻找类并加载到JVM内存中。

运行时数据区的作用是在程序执行期间存储数据，包括类的信息，变量和常量，代码和指令，计算结果等数据。

在JDK1.8以前，运行时数据区是由程序计数器、本地方法栈、虚拟机栈、堆、方法区组成。

在JDK1.8以后，在本地内存增加了元空间的概念，将方法区从运行时数据区移除并作为元空间的实现放到了本地内存。

其中，方法区和堆是线程共享区域，虚拟机栈和本地方法栈以及程序计数器是线程私有区域。

执行引擎的作用是对class文件中的字节码进行编译解释，转换为机器指令码并执行。

在执行指令码时，会将计算结果存储在运行时数据区中。

本地接口的作用是为执行引擎提供支持。

本地类库的作用是为执行引擎和本地接口提供支持。