JVM架构简介
我们Java程序员都知道，Java源代码经过编译后生成.class字节码文件，而字节码最终会由JVM（Java虚拟机）加载运行。JVM的存在屏蔽了底层硬件和操作系统的细节，能够让我们的程序面向统一的执行架构编程，达到Java所宣称的“Write once, run anywhere”的目的，因此Java程序具有极好的跨平台性。
JVM是一种软件抽象的“计算机”，其内部包含程序模拟的处理器、堆栈、寄存器、指令集等，因此JVM属于一种应用层面的程序虚拟机。实际上，除了Java语言，JVM生态上还产生了许多其他语言，如我们经常听说的Clojure、Scala、Groovy、Kotlin等，这些语言也都能编译为JVM可识别的字节码，并由JVM执行。JVM只是一种规范，其实现有很多种，包括HotSpot、JRockit（已与HotSpot合并）、OpenJ9等，不过我们最常用的还是Oracle的HotSpot虚拟机，目前OracleJDK和OpenJDK均集成了HotSpot。经过二十多年的迭代，JVM上诞生了庞大的生态系统，HotSpot本身也是当下最先进的虚拟执行架构之一。
随着时代的发展，JVM也在进行不断的迭代和优化，本系列笔记和后面介绍的内容也都是以Java8前后的HotSpot虚拟机为例，对JVM内部的架构进行简单介绍，了解这些知识能够让我们在使用Java等语言编程时更加得心应手。
什么是Java虚拟机
虚拟机（Virtual Machine）就是一台软件实现的虚拟计算机，可以大致分为系统虚拟机和程序虚拟机：
- 系统虚拟机：例如QEMU，它能够完全模拟x86或是arm等物理计算机架构，我们可以在其上部署操作系统
- 程序虚拟机：例如Java的HotSpot，它实现了一个跨平台的统一执行架构，使得在其上能够实现内存安全、垃圾回收等高级特性，以及我们程序的跨平台性
Java虚拟机就属于程序虚拟机，我们的Java源代码经过编译后生成JVM字节码，其中包含类似于汇编指令的JVM指令，Java虚拟机负责加载字节码，并解释执行或是即时编译（JIT）为对应平台上的机器指令执行。
Java虚拟机有3个特点：
- 一次编译，到处运行
- 自动、安全的内存管理
- 垃圾回收机制
JVM架构简介
HotSpot是目前应用最广泛的Java虚拟机，其结构主要分为类装载子系统、运行时数据区和执行引擎，HotSpot的执行引擎采用了解释执行和即时编译（JIT）并存的架构，具有较好的执行性能。如下图所示，为Java8的HotSpot虚拟机架构。
JVM的内存布局
从上面图可以看出，JVM的内存布局分为如下几部分：
- 程序计数器，虚拟机栈，本地栈
- 堆，元空间，代码缓存
我们知道JVM是支持多线程的，JVM会将每一个线程和操作系统的线程一对一映射。上面我们把内存区分为了两种，前者是线程独有的，后者是线程共享的。
有关JVM架构的每一部分，我们会在后文详细介绍。
基于操作数栈的指令集架构
除此之外我们还应该知道，JVM规范的指令采用了一种基于操作数栈的指令集架构，此外另一种是基于寄存器的指令集架构（如Android的Dalvik虚拟机）。这两种架构的区别如下：
基于栈的指令集架构：1）设计和实现更简单，能够避开寄存器的分配难题，但执行效率相对低一些 2）采用更短的零地址指令，编译器容易实现，但完成一个操作需要的指令数更多 3）不需要特定硬件支持，可移植性好。
基于寄存器的指令集架构：1）充分利用硬件特性，执行效率更高，但可移植性差 2）指令更长，但完成一个操作需要的指令更少。
JVM的生命周期
虚拟机的启动：JVM的启动是通过引导类加载器（BootStrap Class Loader）创建一个初始类来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的。
虚拟机的执行：一个运行中的JVM有着一个清晰的任务：执行Java程序。程序开始执行时它才运行，程序结束时它就停止。执行一个Java程序时，真真正正在执行的是一个叫做Java虚拟机的进程。
虚拟机的退出：虚拟机退出有如下几种情况：1）程序正常结束 2）程序在执行过程中遇到了异常或错误而终止 3）由于操作系统出现错误导致Java虚拟机进程终止 4）某程序调用了Runtime类或System类的exit()方法，或Runtime类的halt()方法，并且Java安全管理器也允许了这次操作。