什么是JVM

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，它是一个虚构出来的计算机，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。

目前主流的虚拟机如下：

JVM与操作系统

为什么要在程序和操作系统中间添加一个JVM？

Java 是一门抽象程度特别高的语言，提供了自动内存管理等一系列的特性。这些特性直接在操作系统上实现是不太可能的，所以就需要JVM进行一番转换。

从图中可以看到，有了JVM这个抽象层之后，Java就可以实现跨平台了。JVM只需要保证能够正确执行.class文件，就可以运行在诸如Linux、Windows、MacOS 等平台上了。

而Java跨平台的意义在于一次编译，处处运行，能够做到这一点JVM功不可没。比如我们在Maven仓库下载同一版本的jar包就可以到处运行，不需要在每个平台上再编译一次。

现在的一些JVM的扩展语言，比如Clojure、JRuby、Groovy等，编译到最后都是.class文件，Java语言的维护者，只需要控制好JVM这个解析器，就可以将这些扩展语言无缝的运行在JVM之上了。

应用程序、JVM、操作系统之间的关系如下：

我们用一句话概括JVM与操作系统之间的关系：JVM上承开发语言，下接操作系统，它的中间接口就是字节码。

JVM、JRE、JDK 的关系

JVM是Java程序能够运行的核心。但是需要注意，JVM自己什么也干不了，你需要给它提供生产原料（.class 文件） 。

仅仅是 JVM，是无法完成一次编译，处处运行的。它需要一个基本的类库，比如怎么操作文件、怎么连接网络等。而Java体系很慷慨，会一次性将JVM运行所需的类库都传递给它。JVM标准加上实现的一大堆基础类库，就组成了Java 的运行时环境，也就是我们常说的JRE（Java Runtime Environment）。

对于JDK来说，就更庞大了一些。除了JRE，JDK还提供了一些非常好用的小工具，比如javac、java、jar等。它是 Java开发的核心，让外行也可以炼剑！

我们也可以看下JDK的全拼，Java Development Kit。我非常怕 kit（装备）这个单词，它就像一个无底洞，预示着你永无休止的对它进行研究。JVM、JRE、JDK 它们三者之间的关系，可以用一个包含关系表示：

Java虚拟机规范和Java语言规范的关系

左半部分是Java虚拟机规范，其实就是为输入和执行字节码提供一个运行环境。右半部分是我们常说的Java语法规范，比如switch、for、泛型、lambda等相关的程序，最终都会编译成字节码。而连接左右两部分的桥梁依然是Java的字节码。

如果.class文件的规格是不变的，这两部分是可以独立进行优化的。但Java也会偶尔扩充一下.class文件的格式，增加一些字节码指令，以便支持更多的特性。

我们简单看一下一个Java程序的执行过程，它到底是如何运行起来的：

这里的Java程序是文本格式的。比如下面这段HelloWorld.java，它遵循的就是Java语言规范。其中，我们调用了System.out等模块，也就是JRE里提供的类库。

public class HelloWorld {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("Hello World");
   }
}

使用JDK的工具javac进行编译后，会产生HelloWorld的字节码。

我们一直在说Java字节码是沟通JVM与Java程序的桥梁，下面使用javap来稍微看一下字节码到底长什么样子：

0 getstatic #2 <java/lang/System.out>  // getstatic 获取静态字段的值
3 ldc #3 <Hello World>         // ldc 常量池中的常量值入栈
5 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println>  // invokevirtual 运行时方法绑定调用方法
8 return   //void 函数返回

Java虚拟机采用基于栈的架构，其指令由操作码和操作数组成。这些字节码指令 ，就叫作opcode。其中，getstatic、ldc、invokevirtual、return 等，就是opcode，可以看到是比较容易理解的。

JVM就是靠解析这些opcode和操作数来完成程序的执行的。当我们使用Java命令运行.class文件的时候，实际上就相当于启动了一个JVM进程。

然后JVM会翻译这些字节码，它有两种执行方式。常见的就是解释执行，将opcode + 操作数翻译成机器代码；另外一种执行方式就是JIT，也就是我们常说的即时编译，它会在一定条件下将字节码编译成机器码之后再执行。

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