JVM运行原理是怎么样的呢

JVM运行原理是怎么样的呢？

Java虚拟机(JVM,Java Virtual Machine)是一个抽象的计算机，它为Java程序提供了一个平台，使得Java程序可以在不同的操作系统上运行，JVM运行原理主要包括类加载、字节码执行和垃圾回收三个部分，下面我们将详细介绍这三部分的内容。

类加载

1、1 类加载的概念

类加载是JVM将Java源代码编译成字节码文件的过程，在Java程序中，当我们使用关键字class或者new时，JVM会自动进行类加载，类加载的主要目的是将类的字节码文件加载到内存中，以便后续的操作(如方法调用、字段访问等)。

1、2 类加载的三种方式

根据类加载的时机不同，可以将类加载分为三种方式：引导类加载、静态类加载和动态类加载。

(1)引导类加载(Bootstrap Class Loader):也称为启动类加载器，是JVM启动时首先执行的类加载器，引导类加载器负责加载Java核心库中的类，如java.lang.*包中的类，引导类加载器可以手动加载类，也可以通过Java命令行参数指定要加载的类。

(2)静态类加载(Static Class Loader):也称为扩展类加载器，负责加载Java应用程序的类，当应用程序启动时，系统会自动创建一个名为APPClassLoader的类加载器，该类加载器负责加载应用程序中的类，通常情况下，应用程序不需要关心静态类加载器的细节。

(3)动态类加载(Dynamic Class Loader):也称为子类加载器，负责在运行时动态加载类，当我们使用Class.forName()方法或者ClassLoader.loadClass()方法加载类时，实际上就是触发了动态类加载，动态类加载的方式有很多，如URLClassLoader、FileClassLoader等。

字节码执行

2、1 字节码的概念

字节码(Bytecode)是一种介于机器码和高级语言之间的中间代码，在Java程序中，源代码会被编译成字节码文件(.class文件),然后由JVM执行，字节码具有平台无关性、高效性和安全性等特点。

2、2 Java字节码的结构

Java字节码主要包括以下几个部分：

操作数栈：用于存储操作数的栈结构。

操作数栈帧：每个操作数栈帧包含了局部变量表、操作数栈、常量池等信息。

堆栈：用于存储方法返回值或局部变量的栈结构。

常量池：存储编译时期生成的常量和符号引用。

指令集：包含了一系列的基本操作指令，如LOAD、STORE、ADD、SUB等。

异常处理块：用于处理异常的方法入口和出口。

2、3 Java虚拟机规范(JVM Specification)

Java虚拟机规范定义了字节码的结构和指令集，以及各个组成部分之间的关系，在实际的JVM实现中，可能会有一些差异，但基本的架构和规范是相同的。

垃圾回收

3、1 垃圾回收的概念

垃圾回收(Garbage Collection,GC)是JVM自动管理内存的一种机制，当对象不再被引用时，垃圾回收器会自动回收这些无用的对象所占用的内存空间，以便其他对象可以使用这部分内存资源，这样可以避免内存泄漏和内存溢出等问题。

3、2 垃圾回收算法

目前主流的垃圾回收算法有以下几种：

分代收集算法：将内存划分为新生代和老年代，新创建的对象分配在新生代，经过多次回收仍然存活的对象会被提升到老年代，这种算法的优点是可以减少全局回收的次数，提高回收效率；缺点是可能导致内存碎片化问题，常见的分代收集算法有Serial、Parallel、CMS等。

标记-清除算法：遍历所有可达对象，并将其标记为可达或不可达；然后清除不可达对象所占用的内存空间，这种算法的优点是简单且高效；缺点是会产生内存碎片化问题。

复制算法：将内存划分为两个相等的部分，每次只使用其中的一半；当其中一部分被回收时，将另一部分的内容复制到已使用的那一半中，这种算法的优点是对内存布局没有要求，适合处理浮动垃圾回收问题；缺点是可能导致内存碎片化问题和性能下降，常见的复制算法有Copying、Mark and Sweep等。

标记-整理算法：先标记所有可达对象，然后将所有存活的对象向一端移动，最后清除边界以外的内存空间，这种算法的优点是对内存布局没有要求，适合处理浮动垃圾回收问题；缺点是可能导致内存碎片化问题和性能下降，常见的标记-整理算法有Compacting等。