Java虚拟机，它是如何工作的？

Java虚拟机（JVM）详解

Java虚拟机（Java Virtual Machine，简称JVM）是一种抽象化的计算机，通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现，它是Java语言运行环境的基础，也是Java跨平台特性的关键所在，本文将详细介绍JVM的定义、系统特点、数据类型、内存区域以及相关安装和配置步骤。

一、什么是Java虚拟机？

Java虚拟机是运行所有Java程序的抽象计算机，是Java语言的运行环境，它屏蔽了与具体操作系统平台相关的信息，使得Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行，JVM规范定义了一个抽象的——而非实际的——机器或处理器，这个规范描述了一个指令集、一组寄存器、一个堆栈、一个“垃圾堆”，和一个方法区。

二、系统特点

Java语言的一个非常重要的特点就是与平台的无关性，而使用Java虚拟机是实现这一特点的关键，一般的高级语言如果要在不同的平台上运行，至少需要编译成不同的目标代码，引入Java语言虚拟机后，Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译，Java虚拟机把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

三、数据类型

Java虚拟机支持Java语言的基本数据类型有8种，注意String不是基本数据类型，这些数据类型包括：

boolean: 1字节有符号整数的补码

byte: 1字节有符号整数的补码

short: 2字节有符号整数的补码

int: 4字节有符号整数的补码

long: 8字节有符号整数的补码

float: 4字节IEEE754单精度浮点数

double: 8字节IEEE754双精度浮点数

char: 2字节无符号Unicode字符

几乎所有的Java类型检查都是在编译时完成的，上面列出的原始数据类型的数据在Java执行时不需要用硬件标记，操作这些原始数据类型数据的字节码（指令）本身就已经指出了操作数的数据类型。

四、内存区域

JVM运行时数据区是整个JVM的重点，我们所有写的程序都被加载到这里，之后才开始运行，JVM的内存区域主要包括以下几个部分：

1、程序计数器: 程序计数器是一小块的内存区域，可以看做当前线程执行字节码的行号指示器，由于JVM的多线程是通过线程的轮流切换并分配处理器执行时间来实现的，为了线程切换后能回到正确的执行位置，每条线程都需要自己独有的程序计数器。

2、Java虚拟机栈: Java虚拟机栈是线程私有的，生命周期与线程相同，虚拟机栈描述的是Java方法的执行内存模型，每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧（用于存储局部变量表、操作数栈、动态链栈、方法出口等信息）。

3、本地方法栈: 本地方法栈与虚拟机栈的作用非常类似，区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为执行Native方法服务。

4、Java堆: Java堆是JVM所管理的内存中最大的一块区域，Java堆是被所有线程共享的一片区域，在虚拟机启动时创建，此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例以及数组都在这里分配内存。

5、方法区: 方法区与Java堆一样，是各个线程共享的区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

五、安装和配置

1. 下载JDK安装包

我们需要从官方网站（https://www.oracle.com/java/technologies/javase-jdk11-downloads.html）下载适合您操作系统的Java开发工具包（Java Development Kit，简称JDK），选择与您的操作系统相对应的版本，并确保选择JDK而不是JRE（Java Runtime Environment）。

2. 安装JVM

下载完JDK安装包后，双击运行安装程序并按照提示进行安装，在安装过程中，您可以选择自定义安装路径，或者使用默认路径，安装完成后，JVM将被自动安装到您选择的目录下。

3. 配置Java环境变量

为了让操作系统正确识别Java的安装路径，我们需要配置环境变量，以下是配置步骤：

打开控制面板 -> 系统和安全 -> 系统 -> 高级系统设置。

点击“环境变量”按钮。

在“系统变量”下，点击“新建”按钮，输入变量名为JAVA_HOME，变量值为JDK的安装路径（C:Program FilesJavajdk-11.0.2）。

找到Path变量，编辑并添加%JAVA_HOME%bin到变量值中。

保存所有设置并关闭窗口。

4. 验证配置

打开命令提示符，输入以下命令以验证Java环境配置是否正确：

java -version

如果看到Java版本信息，说明配置成功。

六、FAQs

Q1: JVM的主要作用是什么？

A1: JVM的主要作用是提供一个统一的运行环境，使得Java程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码（字节码），就可以在多种平台上不加修改地运行，这实现了Java语言的跨平台特性。

Q2: JVM的内存区域有哪些？

A2: JVM的内存区域主要包括程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、Java堆和方法区，这些区域共同协作，确保Java程序的顺利执行和资源的合理管理。

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