JVM（Java 虛擬機）在運行Java程序的時候，有點類似於即時編譯系統。每一個Java程序都是從main主函數開始運行的，JVM則負責將它從代碼編譯運行成為一個程序。同時，JVM是JRE（Java Runtime Environment）的一個組成部分。
Java程序最大的一個特性便是“一次編寫，隨處運行”，這意味着你可以將自己編寫的Java代碼無需經過任何調整，就可以在任何支持Java的平台上運行。而這樣的機制則離不開JVM的特性。
當我們將一個.java的文件進行編譯，編譯程序會生成一個相同名字而后綴為.class的文件。當我們試圖運行這個.class文件的時候，JVM需要經過一系列的步驟才能將它運行起來，這些步驟基本上包含了JVM的所有特性。
在整個過程中，JVM主要負責三件事
- 加載
- 鏈接
- 初始化
1.加載：
首先由類加載器(Class Loader)讀取.class文件中的內容，然后生成相應的二進制數據並且將其保存在方法區(Method Area)之中。對於每一個.class文件來說，JVM將以下些信息進入方法區：
- 被加載類的全名以及它的直接父類
- 該.class類是否與其他的類、接口或者枚舉相關聯
- 反射器、變量以及方法信息等
將.class文件加載完成后，JVM將會創建一個Class類型的類對象，然后將它放置進入堆內存(Heap)中。值得注意的是，這個對象跟我們在代碼中的對象是沒有關系的，它是由Java虛擬機自動生成的，它的類型定義在java.lang這個包中。我們在編寫代碼時可以使用getClass()方法來獲取這個對象，然后通過這個類對象來獲取類級別的信息，比如說類的名稱、類的父類，方法和變量等等。例如：
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
public class Main {
// 主函數，這里是程序的入口
public static void main(String[] args) {
// 創建一個Student對象，它的名稱是s1
Student s1 = new Student();
// 獲取s1這個對象的類對象
Class c1 = s1.getClass();
// 將c1的名稱打印出來
System.out.println(c1.getName());
// 獲取c1這個類對象中所有的方法，存入數組中
Method m[] = c1.getDeclaredMethods();
for (Method method : m)
System.out.println(method.getName());
// 獲取c1這個類對象中的所有成員變量，存入數組中
Field f[] = c1.getDeclaredFields();
for (Field field : f)
System.out.println(field.getName());
}
}
// Student類的定義
public class Student {
private String name;
private int roll_No;
public String getName() { return name; }
public void setName(String name) { this.name = name; }
public int getRoll_no() { return roll_No; }
public void setRoll_no(int roll_no) { this.roll_No = roll_no; }
}
輸出為：
Student
getName
setName
setRoll_no
getRoll_no
name
roll_No
提示：對於每一個類來說，不過你new出多少個對象，都只有一個Class類型的類對象。每一個由該類創建出來的對象都指向同一個類對象的引用。例如：
Student s1 = new Student();
Class c1 = s1.getClass();
Student s2 = new Student();
Class c2 = s2.getClass();
System.out.println(c1==c2); // 結果為true
2.鏈接：
這一步主要進行執行驗證、執行准備、以及（可能的）解決問題
- 驗證：這一步主要是驗證.class文件的正確性。比如說驗證這個文件是否被編譯器正確地編譯了，因為編譯器也可能會出錯的。如果這一步失敗，將會拋出一個java.lang.VerifyError類型的運行時（run-time）異常。
- 執行准備： JVM為變量分配存儲空間以及對變量進行初始化。
- 解決問題： 這一步主要是將引用的變量轉換為它的實際類型，這個實際類型是存儲在方法區（Method Area）中的。
3.初始化
在這一階段，所有靜態成員變量都將會被賦值（直接賦值或者通過static代碼塊賦值）。在多個類中，這一步是父類到子類依次執行；在一個類中，這一步從上至下執行。
一般來說，總共會有3個類加載器：
- 引導類加載器（Bootstrap class loader）：正因為JVM具有引導類加載器，才能夠正確地加載所要運行的類。它會將%JAVA_HOME%/jre/lib這個文件夾中的類先加載進來。這個文件夾也可以為引導文件夾，其中的內容是以C或者C++來實現的。
- 拓展類加載器（Extension class loader）：是引導類加載器的一個子類，它主要負責加載%JAVA_HOME%/jre/lib/ext這個文件夾中的內容。它由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader這個類實現。
- 系統/應用類加載器（System/Application class loader）：是拓展類加載器的子類，負責加載程序員所編寫的類。本質上它需要使用映射到java.class.path中的環境變量。它也是由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader這個類實現。
public class Main {
// 主函數，這里是程序的入口
public static void main(String[] args) {
// String類由引導類加載器來加載, 而引導類加載器不是Java對象，
// 因此結果是null
System.out.println(String.class.getClassLoader());
// Main類由應用類加載器加載
System.out.println(Main.class.getClassLoader());
}
}
輸出為:
null
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
提示：JVM的設計遵從的是層級代理原則。應用類加載器負責加載擴展類加載器所委托的內容，而拓展類加載器負責加載引導類加載器所委托的內容。如果某一個類在%JAVA_HOME%/jre/lib這個文件夾可以找到，那么就加載它，否則會再次傳輸到拓展類加載器委托它來加載，如果拓展類加載器找不到就委托應用類加載器來加載。如若連應用加載器都找不到的話，就會拋出一個java.lang.ClassNotFoundException的運行時異常。
JVM內存區
- 方法區（Method area）：與類有關的內容比如說類的名稱、類的父類的名稱、變量和方法等待都會存儲在JVM內存的方法區中。JVM內存中只有一個方法區，所以里面的內容是可以共享的。
- 堆內存（Heap area）：關於對象的內容都會存儲在堆內存中，JVM內存區也是只有一個堆內存，所以它也是一個共享區。
- 棧內存（Stack area）：對於每一個線程來說，JVM都會在內存區中開辟一個棧內存。每一個棧內存塊中存儲着方法的調用，該方法的所有的局部變量都存儲在相應的幀中。當線程終止后，它所屬的棧內存也會被JVM所銷毀。由於每一個棧都是獨立的，所以這里面的資源無法被共享。
- 程序計數器寄存器：全稱為Program Counter Registers，也叫PC Registers。里面存儲着線程當前執行指令的地址，每一個線程都會有對於的程序計數器寄存器。
- 本地方法棧內存區（Native method stacks）：每一個線程都會獨立創建一個本地方法堆棧，里面存儲的是本地庫（C、C++）方法程序信息。
執行引擎
執行引擎負責執行.class文件（也就是中間碼“byte-code”文件）。它通過逐行掃描讀取二進制數據，然后結合上面介紹的JVM內存區中的數據執行指令。執行引擎可以分成三個部分。
- 解析器（Interpreter）：逐行掃描二進制數據然后執行。解析器比較愣，如果有某一個方面被多次調用，它每次都會被重新解析。
- 即時編譯器（Just-In-Time Compiler）：即時編譯器也叫做JIT，解析器解析好的字節碼更改為本機的機器代碼。當解析器發現有方法被重復調用時，JIT直接為該段提供本地機器代碼，因此不用再重新解析，從而提高了解析器的效率。
- 垃圾回收器（Garbage Collector）：負責銷毀不再被引用的對象。
Java Native Interface (JNI) :
Java中native接口是執行引擎所需要的本地庫（C、C++）的集合。
本文原作者：Gaurav Miglani
鏈接：https://www.geeksforgeeks.org/jvm-works-jvm-architecture/