Java的JVM运行的原理机制详解

一、原理机制

JVM是Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写，JVM是一种用于计算设备的规范，是java的核心和基础。它是一个在java编译器和os平台之间的虚构出来的处理器，是一种利用软件方法实现的抽象的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。Java虚拟机包括一套字节码指令集、一组寄存器、一个栈、一个垃圾回收堆和一个存储方法域。 JVM屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码）,就可以在多种平台上不加修改地运行。JVM在执行字节码时，实际上最终还是把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。编译虚拟机的指令集与编译微处理器的指令集非常类似。

二、JVM执行程序的过程

java编译器只需要面向JVM，生成JVM能理解的代码或字节码文件。Java源文件经编译成字节码程序，通过JVM将每一条指令翻译成不同平台机器码，通过特定平台运行。

JVM执行程序的过程 ：

      1、加载class文件；

      2、管理并分配内存；

      3、执行垃圾收集；

虚拟机在任何平台上都提供给编译程序一个的共同的接口。编译程序只需要面向虚拟机，生成虚拟机能够理解的代码，然后由解释器来将虚拟机代码转换为特定系统的机器码执行。在Java中，这种供虚拟机理解的代码叫做字节码（ByteCode），它不面向任何特定的处理器，只面向虚拟机。每一种平台的解释器是不同的，但是实现的虚拟机是相同的。Java源程序经过编译器编译后变成字节码，字节码由虚拟机解释执行，虚拟机将每一条要执行的字节码送给解释器，解释器将其翻译成特定机器上的机器码，然后在特定的机器上运行。

Java虚拟机是一个抽象的计算机，和实际的计算机一样，它具有一个指令集并使用不同的存储区域。它负责执行指令，还要管理数据、内存和寄存器。Java解释器负责将字节代码翻译成特定机器的机器代码。

三、类装载器
Java源程序中的所有类，必须被装载到jvm中才能运行，这个装载工作是由jvm中的类装载器完成的，类装载器所做的工作实质是把类文件从硬盘读取到内存中；类装载器就是寻找类或接口字节码文件进行解析并构造JVM内部对象表示的组件，在java中类装载器把一个类装入JVM，经过以下步骤：

     1、装载：查找和导入Class文件

     2、链接：

         （a）检查：检查载入的class文件数据的正确性

         （b）准备：给类的静态变量分配存储空间

         （c）解析：将符号引用转成直接引用
           其中解析步骤是可以选择的

      3、初始化：对静态变量，静态代码块执行初始化工作

类装载工作由ClassLoder和其子类负责。
JVM在运行时会产生三个ClassLoader：根装载器，ExtClassLoader(扩展类装载器)和AppClassLoader。
其中根装载器不是ClassLoader的子类，由C++编写，因此在java中看不到他，负责装载JRE的核心类库，如JRE目录下的rt.jar,charsets.jar等；ExtClassLoader是ClassLoder的子类，负责装载JRE扩展目录ext下的jar类包；AppClassLoader负责装载classpath路径下的类包。
这三个类装载器存在父子层级关系，即根装载器是ExtClassLoader的父装载器，ExtClassLoader是AppClassLoader的父装载器。
默认情况下使用AppClassLoader装载应用程序的类。
 
Java程序运行流程图：