什么是java虚拟机（Java Virtual Machine）？

全栈程序员站长

发布于 2022-09-08 04:22:10

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大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

马上就要找实习了，趁着现在有时间，做个小小的面试总结，部分原创，大部分是在网上搜集。

1 什么是java虚拟机（Java Virtual Machine）？

java虚拟机是一种抽象化虚拟的计算机，java虚拟机有完善的一套硬体架构，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。java虚拟机屏蔽了当前使用的操作系统平台的相关信息，使得java程序只需生成相关的java字节码文件（class文件）便可在多平台运行。

java的一个非常重要的特性就是与平台的无关性。

一般的高级语言如C语言，如果要运行程序，需要经过编译成不同的目标代码。而java虚拟机在不同的平台上不需要编译即可运行程序。Java虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

Java虚拟机支持Java语言的基本数据类型有8种，注意String（引用类型）不是基本数据类型如下：

byte、short、int、long、float、double、char、boolean。

虚拟机支持的其它数据类型包括：

object//对一个Javaobject（对象）的4字节引用

returnAddress//4字节，用于jsr/ret/jsr-w/ret-w指令

注：Java数组被当作object处理。

指令系统

Java指令也是由操作码和操作数两部分组成。操作码为8位二进制数，操作数进紧随在操作码的后面，其长度根据需要而不同。操作码用于指定一条指令操作的性质（在这里我们采用汇编符号的形式进行说明），如iload表示从存储器中装入一个整数。Java的8位操作码的长度使得JVM最多有256种指令，java1.6及以上版本已使用了160多种操作码。

寄存器

JVM只设置了4个最为常用的寄存器。它们是：pc程序计数器optop操作数栈顶指针frame当前执行环境指针 vars指向当前执行环境中第一个局部变量的指针所有寄存器均为32位。pc用于记录程序的执行。optop,frame和vars用于记录指向Java栈区的指针。

栈结构

作为基于栈结构的计算机，Java栈是JVM存储信息的主要方法。当JVM得到一个Java字节码应用程序后，便为该代码中一个类的每一个方法创建一个栈框架，以保存该方法的状态信息。每个栈框架包括以下三类信息：局部变量，执行环境，操作数栈。

碎片回收堆（垃圾回收站）

在Java语言中，除了new语句外没有其他方法为一对象申请和释放内存。对内存进行释放和回收的工作是由Java运行系统承担的。碎片回收用后台线程的方式来执行。这不但为运行系统提供了良好的性能，而且使程序设计人员摆脱了自己控制内存使用的风险。

存储区

JVM有两类存储区：常量缓冲池和方法区。常量缓冲池用于存储类名称、方法和字段名称以及字符串常量。方法区则用于存储Java方法的字节码。JVM 虚拟机相当于80×86计算机系统,Java 解释器相当于80x86CPU。在80x86CPU上运行的是机器码，在Java解释器上运行的是Java字节码。Java解释器相当于运行Java 字节码的“CPU”，但该“CPU”不是通过硬件实现的，而是用软件实现的。Java解释器实际上就是特定的平台下的一个应用程序。只要实现了特定平台下的解释器程序，Java字节码就能通过解释器程序在该平台下运行，这是Java跨平台的根本。当前，并不是在所有的平台下都有相应Java解释器程序，这也是Java并不能在所有的平台下都能运行的原因，它只能在已实现了Java解释器程序的平台下运行。

java虚拟机运行过程

public class Test {

public static void main(String[] args){

System.out.println(“Hello World!”);

}

输出:

Hello World!

步骤：1:编写java程序，生成.java文件 2:编译java文件生成字节码文件(class文件) 3:装载、连接、初始化数据 4:类实例生成，垃圾回收。

从虚拟机的角度，最开始是面对的class文件，读入并解析class文件，将PC寄存器设置为main入口，然后开始执行字节码。字节码总是针对运算栈的，所以虚拟机知道操作数就在运算栈那里。字节码由操作符和操作数定义，操作数可能为Java栈的局部变量，可能为常量池的引用。如果是常量池的引用，并且还未解析，则需要进行解析。任何时候，栈中都是基本变量或者对象引用，按部就班执行就行了。