JVM是什么？Java程序为啥需要运行在JVM中？

亦凉 2023-09-23 13:54 27阅读 0赞

### Java 架构 ###

在开始之前，有必要先给大家讲讲Java架构。

用 C 和 C++ 等编程语言编写的代码被编译为特定于操作系统的机器代码，这类编程语言被称为**编译语言**。

但在 JavaScript 或 Python 等编程语言中，计算机无需编译即可直接执行代码，这些被称为**解释语言**。

Java 的特别之处在于，它结合了编译和解释，因此，在 Java 中，源代码首先被编译为带有字节码的类文件，然后这个类文件用解释器或 JIT 编译器执行。

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但是，JVM 不是单独安装的，也不是您可以下载和安装的东西，JVM 总是带有 JDK 或 JRE。

让我们看一下 Java 架构以清楚地理解这一点，Java架构中有03个主要组件：

*  Java 开发工具包 (JDK)。

JDK 是开发 Java 应用程序所需的软件开发工具包，包含 JRE 和一些开发工具，如 JavaDoc、Javac、Java Debugger 等。

*  Java 运行时环境 (JRE)。
 *  Java 虚拟机 (JVM)。

JRE 是 JDK 的一部分，它创建了一个运行 Java 应用程序的环境，JRE 包含 Java 类库、Java 虚拟机 (JVM) 以及运行 Java 应用程序所需的其他组件。

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### 什么是JVM？ ###

JVM 代表 **Java 虚拟机**，本质上是一个虚拟机或运行时环境，允许 Java 程序在多个设备和操作系统上运行和操作。

Java 程序不能在没有 JVM 支持的机器上运行，它是 Java 运行时环境 (JRE) 的一个组成部分。JVM 具有许多共同运行 Java 程序的规范。它本质上是平台相关的，即**每个操作系统都有不同的JVM**。

JVM有三个概念：

*  规范
 *  实现
 *  实例

规范是正式描述 JVM 实现所需内容的文档，拥有单一规范可确保所有实现都是可互操作的。JVM 实现是满足 JVM 规范要求的计算机程序。JVM 的实例是在执行编译成 Java 字节码的计算机程序的进程中运行的实现。

### JVM 运行原理 ###

主要有四个流程：

*  加载代码；
 *  验证代码；
 *  执行代码；
 *  提供运行环境。

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#### 加载代码 ####

类加载器读取“. class”文件，生成相应的二进制数据并保存在方法区，加载“ .class”文件后，JVM 在堆内存中创建一个 Class 类型的对象来表示该文件。

#### 验证代码 ####

确保.class文件的正确性，即检查该文件是否正确格式化并由有效的编译器生成，如果验证失败，我们会得到运行时异常java.lang.VerifyError，此活动由组件 ByteCodeVerifier 完成，一旦这个活动完成，那么类文件就可以编译了。

#### 执行代码 ####

执行引擎执行“ .class”（字节码），它逐行读取字节码，使用各种内存区域中存在的数据和信息并执行指令。

#### 提供运行环境 ####

提供运行时环境以支持各种应用程序。

### JVM内存 ###

在程序执行期间必须存在各种运行时数据区域，当 JVM 首次启动时，会生成其中的几个对象。

可以构造和销毁特定于线程的对象，线程特定的对象分别与线程一起生成和销毁，通常用于跟踪指令。

JVM 总共分为五个子区域：

*  **方法区**：类名、父类名、方法等类信息保存在方法区。
 *  **堆**：在堆区，保存所有对象的信息，每个 Java 虚拟机还有一个堆区，它也被认为是共享的资源。
 *  **堆栈**：这个堆栈的每个块都称为一个激活记录/堆栈帧，它在其中的每个块中存储方法调用，每个局部变量都有一个帧。JVM 将在线程终止后销毁线程的运行时堆栈，因此，它不是公众可以访问的资源。
 *  **PC 寄存器**：存储线程当前指令的地址，每个线程都有其 PC 寄存器。
 *  **本机方法区**：每个线程都有其本机堆栈，用于存储有关本机方法参数的信息。

### 总结 ###

1995 年，JVM 引入了两个革命性的概念，这些概念后来成为现代软件开发的标准：“一次编写，随处运行”和自动内存管理。

本文详细介绍了JVM的概念、工作原理，希望本文对您能够有所帮助，有任何疑问，可以在下方评论区与我讨论。

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