什么是 JVM？ JVM (Java Virtual Machine)

JVM（Java Virtual Machine，Java 虚拟机）是一个虚构出来的计算机，它是一种规范，有自己的指令集，并且在运行时操作各种内存区域。JVM 是 Java 平台的核心组成部分，负责执行 Java 字节码（.class 文件）。

主要功能：

加载类文件： JVM 的类加载器（ClassLoader）负责从文件系统、网络或其他来源加载 Java 类文件（.class 文件）。
管理内存： JVM 负责管理程序的内存，包括：
- 堆 (Heap): 存放对象实例。
- 方法区 (Method Area): 存放类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等。
- 虚拟机栈 (VM Stack): 存放局部变量、方法参数、返回值等。每个线程都有自己的虚拟机栈。
- 本地方法栈 (Native Method Stack): 用于支持 native 方法（使用 C、C++ 等编写的方法）的执行。
- 程序计数器 (Program Counter Register): 记录当前线程正在执行的字节码指令的地址。
执行字节码： JVM 的执行引擎负责执行 Java 字节码指令。
- 解释执行： 逐条解释执行字节码指令。
- 即时编译 (JIT Compilation)： 将热点代码（经常执行的代码）编译为本地机器码，提高执行效率。
- 自适应优化: JVM 会根据程序的运行情况, 动态地选择解释执行或 JIT 编译.
垃圾回收 (Garbage Collection)： JVM 的垃圾回收器负责自动回收不再使用的对象，释放内存。
安全管理： JVM 提供了安全机制，例如类加载器的双亲委派模型、字节码校验器等，防止恶意代码的执行。
提供运行时环境: JVM 为 Java 程序提供了一个与平台无关的运行时环境.

JVM 架构 (主要组件):

类加载器 (ClassLoader): 负责加载类文件。
- 启动类加载器 (Bootstrap ClassLoader): 加载 Java 核心类库（JAVA_HOME/jre/lib 目录下的 rt.jar 等）。
- 扩展类加载器 (Extension ClassLoader): 加载 Java 扩展类库（JAVA_HOME/jre/lib/ext 目录下的 jar 包）。
- 应用程序类加载器 (Application ClassLoader): 加载应用程序的类（classpath 下的类）。
- 自定义类加载器： 可以自定义类加载器，实现特殊的类加载逻辑。
- 双亲委派模型： 类加载器在加载类时，会先委托父类加载器加载，只有当父类加载器无法加载时，才由自己加载。
运行时数据区 (Runtime Data Areas): JVM 在运行时管理的内存区域。
- 堆 (Heap): 存放对象实例。所有线程共享。
- 方法区 (Method Area): 存放类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等。所有线程共享。
  - 运行时常量池 (Runtime Constant Pool): 方法区的一部分，存放编译期生成的各种字面量和符号引用。
- 虚拟机栈 (VM Stack): 存放局部变量、方法参数、返回值、操作数栈、动态链接、方法出口等。每个线程都有自己的虚拟机栈。
- 本地方法栈 (Native Method Stack): 用于支持 native 方法的执行。每个线程都有自己的本地方法栈。
- 程序计数器 (Program Counter Register): 记录当前线程正在执行的字节码指令的地址。每个线程都有自己的程序计数器。
执行引擎 (Execution Engine): 负责执行字节码指令。
- 解释器 (Interpreter): 逐条解释执行字节码指令。
- 即时编译器 (JIT Compiler): 将热点代码编译为本地机器码，提高执行效率。
  - Client Compiler (C1): 优化速度快，但优化程度较低。
  - Server Compiler (C2): 优化速度慢，但优化程度较高。
  - 分层编译 (Tiered Compilation): 根据程序的运行情况，选择不同的编译器进行优化。
- 垃圾回收器 (Garbage Collector): 负责自动回收不再使用的对象。
  - Serial GC: 单线程垃圾回收器。
  - Parallel GC: 多线程垃圾回收器。
  - CMS GC (Concurrent Mark Sweep): 并发标记清除垃圾回收器。
  - G1 GC (Garbage-First): 一种面向服务端应用的垃圾回收器。
  - ZGC: 一种低延迟垃圾回收器.
  - Shenandoah: 一种低延迟垃圾回收器.

JVM 的优点：

平台无关性 (Write Once, Run Anywhere): Java 字节码可以在任何安装了 JVM 的平台上运行。
自动内存管理 (Garbage Collection): 开发者无需手动管理内存，降低了内存泄漏的风险。
安全性： JVM 提供了安全机制，防止恶意代码的执行。
性能优化 (JIT Compilation): JVM 可以将热点代码编译为本地机器码，提高执行效率。

JVM 的缺点：

性能开销： JVM 本身需要占用一定的系统资源。
启动时间： JVM 的启动时间可能比较长。
复杂性： JVM 的内部结构比较复杂，理解和调优需要一定的专业知识。

JVM、JRE 和 JDK 的关系：

JDK (Java Development Kit): Java 开发工具包，包含了 JRE 以及开发 Java 程序所需的工具（如编译器 javac、调试器 jdb、javap 等）。
JRE (Java Runtime Environment): Java 运行环境，包含了 JVM 以及 Java 核心类库。
JVM (Java Virtual Machine): Java 虚拟机，负责执行 Java 字节码。

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|                  JDK (开发工具)                   |
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| |             JRE (运行环境)                  | |
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| | |          Java 核心类库                    | | |
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| +---------------------------------------------+ |
| +---------------------------------------------+ |
| |  javac, java, javadoc, jar, jdb, ...        | |
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常见的 JVM 实现：