无论你是否使用Java来开发程序，你可能已经在某个时刻听说过Java虚拟机（JVM）。

JVM是Java生态系统的核心，使得基于Java的软件程序能够遵循“一次编写，到处运行”的方法。你可以在一台机器上编写Java代码，然后使用JVM在任何其他机器上运行它。

JVM最初是为了支持Java而设计的。然而，随着时间的推移，许多其他语言如Scala、Kotlin和Groovy也被采用在Java平台上。所有这些语言统称为JVM语言。

在本文中，我们将了解更多关于JVM的信息，它是如何工作的，以及它由哪些不同组件组成。

什么是虚拟机？

在我们深入了解JVM之前，让我们重新审视虚拟机（VM）的概念。

虚拟机是物理计算机的虚拟表示。我们可以称虚拟机为来宾机器，而它运行的物理计算机为主机机器。

一台物理机器可以运行多个虚拟机，每个都有自己的操作系统和应用。这些虚拟机彼此隔离。

什么是Java虚拟机？

在像C和C++这样的编程语言中，代码首先被编译成特定平台的机器代码。这些语言被称为编译语言。

另一方面，在像JavaScript和Python这样的语言中，计算机直接执行指令而不需要编译它们。这些语言被称为解释型语言。

Java结合了这两种技术。Java代码首先被编译成字节码，生成一个类文件。然后，Java虚拟机为底层平台解释这个类文件。相同的类文件可以在任何版本的JVM上运行在任何平台和操作系统上。

类似于虚拟机，JVM在主机机器上创建了一个隔离空间。这个空间可以用来执行Java程序，而不管机器的平台或操作系统是什么。

Java虚拟机架构

JVM由三个不同的组件组成：

类加载、 运行时数据区、执行引擎

让我们更详细地看看它们。

类加载器

当你编译一个.java源文件时，它被转换成字节码作为一个.class文件。当你尝试在程序中使用这个类时，类加载器将其加载到主内存中。

通常首先加载到内存中的类是包含main()方法的类。

类加载过程有三个阶段：加载、链接和初始化。

加载

加载涉及获取具有特定名称的类或接口的字节码二进制表示，并从中生成原始类或接口。

Java中有三个内置的类加载器：

引导类加载器 - 这是根类加载器。它是扩展类加载器的超类，并加载标准Java包，如java.lang、java.net、java.util、java.io等。这些包位于rt.jar文件和其他核心库中，位于$JAVA_HOME/jre/lib目录中。 扩展类加载器 - 这是引导类加载器的子类，也是应用程序类加载器的超类。它加载标准Java库的扩展，位于$JAVA_HOME/jre/lib/ext目录中。 应用程序类加载器 - 这是最后一个类加载器，是扩展类加载器的子类。它加载类路径上的文件。默认情况下，类路径设置为应用程序的当前目录。类路径也可以通过添加-classpath或-cp命令行选项来修改。

JVM使用ClassLoader.loadClass()方法将类加载到内存中。它试图根据一个完全合格的名字来加载类。

如果父类加载器无法找到类，它会委托给子类加载器。如果最后一个子类加载器也无法加载类，它会抛出NoClassDefFoundError或ClassNotFoundException。

链接

类被加载到内存后，会经历链接过程。链接一个类或接口涉及到将程序的不同元素和依赖关系组合在一起。

链接包括以下步骤：

验证：这一阶段通过检查它是否符合一组约束或规则来检查.class文件的结构正确性。如果验证失败，我们会得到一个VerifyException。

例如，如果代码是用Java 11构建的，但运行在安装了Java 8的系统上，验证阶段将失败。

准备：在这一阶段，JVM为类或接口的静态字段分配内存，并用默认值初始化它们。

例如，假设你在类中声明了以下变量：

private static final boolean enabled = true;

在准备阶段，JVM为变量enabled分配内存，并将其值设置为布尔型的默认值，即false。

解析：在这一阶段，符号引用被替换为运行时常量池中的直接引用。

例如，如果你有对其他类或常量变量的引用，它们将在这一阶段被解析并替换为它们的实际引用。

初始化

初始化涉及到执行类或接口的初始化方法（称为）。这可以包括调用类的构造函数，执行静态块，以及为所有静态变量赋值。这是类加载的最后一个阶段。

例如，当我们之前声明了以下代码：

private static final boolean enabled = true;

在准备阶段，变量enabled被设置为布尔型的默认值false。在初始化阶段，这个这可以包括调用类的构造函数，执行静态块，以及为所有静态变量赋值。这是类加载的最后一个阶段。