JVM原理

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相信大家已经了解到Java具有跨平台的特性，可以“一次编译，到处运行”。那么，跨平台是怎样实现的呢？这就要谈及Java虚拟机（Java Virtual Machine，简称 JVM）。

JVM也是一个软件，不同的平台有不同的版本。我们编写的Java源码，编译后会生成一种 .class 文件，称为字节码文件。Java虚拟机就是负责将字节码文件翻译成特定平台下的机器码然后运行。也就是说，只要在不同平台上安装对应的JVM，就可以运行字节码文件，运行我们编写的Java程序。
而这个过程中，我们编写的Java程序没有做任何改变，仅仅是通过JVM这一”中间层“，就能在不同平台上运行，真正实现了”一次编译，到处运行“的目的。
JVM是一个”桥梁“，是一个”中间件“，是实现跨平台的关键，Java代码首先被编译成字节码文件，再由JVM将字节码文件翻译成机器语言，从而达到运行Java程序的目的。

注意：编译的结果不是生成机器码，而是生成字节码，字节码不能直接运行，必须通过JVM翻译成机器码才能运行。不同平台下编译生成的字节码是一样的，但是由JVM翻译成的机器码却不一样。

所以，运行Java程序必须有JVM的支持，因为编译的结果不是机器码，必须要经过JVM的再次翻译才能执行。即使你将Java程序打包成可执行文件（例如 .exe），仍然需要JVM的支持。

图1 JVM实现跨平台
Java 推出的前几年，人们有不同的看法，解释字节码肯定比全速运行机器码慢很多，牺牲性能换来跨平台的优势是否值得？
然而，JVM 有一个选项，可以将使用最频繁的字节码翻译成机器码并保存，这一过程被称为即时编译。这种方式确实很有效，致使微软的 .NET 平台也使用了虚拟机。
现在的即时编译器已经相当出色，甚至成了传统编译器的竞争对手，某些情况下甚至超过了传统编译器，原因是JVM可以监控运行时信息。例如，即时编译器可以监控使用频率高的代码并进行优化，可以消除函数调用（即“内嵌”）。
但是，Java 毕竟有一些C/C++没有的额外的开销，关键应用程序速度较慢。比如Java采用了与平台无关的绘图方式，GUI程序（客户端桌面程序）执行要慢；虚拟机启动也需要时间。
Java 的GUI库称不上出色，界面不算友好，大部分用户不太习惯；Java 的客户端资源消耗也比较大，大数据量的应用和功能复杂的应用性能堪忧。
更加不能接受的是，微软因自身利益和SUN分家后，Windows 便不再预装JVM了，用户安装你的程序之前，必须要安装JVM并正确设置，你可以要求普通用户安装你的软件，但是你能期望他了解JVM的有关知识并正确安装设置吗？
虽然你可以将JVM集成在你的程序中，自动安装并设置，不让用户干预，但是你希望附带一个比你的程序还要大好多的JVM吗？一个软件这样做或许可以接受，成千上万个软件都这样做，那用户要安装多少个JVM？磁盘空间要浪费多少？
所以，直接投放市场的面向普通用户的客户端程序，用Java开发的很少，大部分Java开发的客户端是给企业内部员工使用，员工领到电脑时，技术部已经给配置好了。如果你希望从事客户端开发，建议学习 C/C++ 和 .NET，它们在Window客户端开发方面有较大的优势。
种种原因，注定了Java客户端不利于推向市场，让普通用户接受。不过话又说回来，客户端开发也不是Java的初衷，Java最初是面向嵌入式的，却随着互联网的兴起而快速成长，在Web开发上大显身手。
JVM原理解释

我们知道计算机的基本构成是：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备，那这个 JVM 也是有这成套的元素，运算器是当然是交给硬件 CPU 还处理了，只是为了适应“一次编译，随处运行”的情况，需要做一个翻译动作，于是就用了JVM 自己的命令集，JVM 的命令集则是可以到处运行的，因为 JVM 做了翻译，根据不同的CPU ，翻译成不同的机器语言。
JVM 是一个内存中的虚拟机，那它的存储就是内存了，我们写的所有类、常量、变量、方法都在内存中。
JVM 的组成部分

Class Loader 类加载器
　　类加载器的作用是加载类文件(.class)到内存，Class Loader 加载的 class 文件是有格式要求的。
　　类加载的最终产品是位于运行时数据区的堆区的Class对象。
　　Class对象封装了类在方法区内部的数据结构。
　　并且向JAVA程序提供了访问类在方法区内的数据结构。

JVM加载class文件的原理机制
　　1. Java 中的所有类，必须被装载到 JVM 中才能运行，这个装载工作是由 JVM 中的类装载器完成的，类装载器所做的工作实质是把类文件从硬盘读取到内存中。
　　2. Java中的类大致分为三种：
　　a) 系统类
　　b) 扩展类
　　c) 由程序员自定义的类
　　3. 类装载方式，有两种：
　　a) 隐式装载，程序在运行过程中当碰到通过 new 等方式生成对象时，隐式调用类装载器加载对应的类到jvm中。
　　b) 显式装载，通过 class.forName() 等方法，显式加载需要的类。　　
　　4. 类加载的动态性体现
　　一个应用程序总是由n多个类组成，Java 程序启动时，并不是一次把所有的类全部加载后再运行，它总是先把保证程序运行的基础类一次性加载到 JVM 中，其它类等到 JVM 用到的时候再加载，这样的好处是节省了内存的开销。因为java最早就是为嵌入式系统而设计的，内存宝贵，这是一种可以理解的机制，而用到时再加载这也是 Java 动态性的一种体现。
　　5．Java 类装载器
　　Java 中的类装载器实质上也是类，功能是把类载入 JVM 中，值得注意的是 JVM 的类装载器并不是一个，而是三个，层次结构如下：
Bootstrap Loader - 负责加载系统类
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- - ExtClassLoader - 负责加载扩展类
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- - AppClassLoader - 负责加载应用类
　　为什么要有三个类加载器，一方面是分工，各自负责各自的区块，另一方面为了实现委托模型。
　　6. 类加载器之间是如何协调工作的
　　前面说了，Java中有三个类加载器，问题就来了，碰到一个类需要加载时，它们之间是如何协调工作的，即 Java 是如何区分一个类该由哪个类加载器来完成呢。
　　在这里Java采用了委托模型机制，这个机制简单来讲，就是“类装载器有载入类的需求时，会先请示其Parent使用其搜索路径帮忙载入，如果 Parent 找不到，那么才由自己依照自己的搜索路径搜索类”，注意喔，这句话具有递归性。