一、虚拟机的作用

虚拟机（Virtual Mechine）是指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。

虚拟机的分类：

• 系统虚拟机：提供一个可以运行完整操作系统的完整系统平台
• 程序虚拟机：为运行单个计算机程序设计，支持单个进程

二、Java虚拟机概述

Java虚拟机（Java Virtual Mechine，简称JVM）是一个虚拟出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM有完善的硬件架构（处理器、堆栈、寄存器等）和相应的指令系统。

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引入JVM后，Java在不同平台上运行时不需要重新编译，JVM屏蔽了与具体平台相关的信息，使得Java只需生成在JVM上运行的目标代码（字节码），就可以不加修改地运行。JVM执行字节码时，会把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。

2.1JVM的数据类型

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JVM的实现会拒绝执行违法类型规定的字节码程序。从JVM支持的数据类型可以看出，Java对数据类型的内部格式进行了严格规定，使得各种JVM的实现对数据的解释相同，从而保证Java的与平台无关性和可移植性。

2.2 JVM体系结构

JVM由以下5部分组成：

• 一组指令集
  JVM支持大约248个字节码，每个字节码执行一种基本的CPU运算。
  Java指令集相当于Java程序的汇编语言。Java指令集中的指令包含一个单字节的操作符（指定要执行的操作）以及0或多个操作数（提供操作所需的参数或数据）。
  JVM内层循环执行过程如下：

do {
    取一个操作符字节；
    根据操作符的值执行一个动作；
} while（程序未结束）

• 一组寄存器
  JVM的寄存器用于保存机器的运行状态，都是32位，分为4种：
  • pc：Java程序计数器
  • optop：指向操作数栈顶端的指针
  • frame：指向当前执行方法的执行环境的指针
  • vars：指向当前执行方法的局部变量区的第一个变量的指针

JVM是栈式的，不定义或使用寄存器来传递或接收参数，保证指令集的简洁性和实现时的高效性。

• 一个栈
  JVM的栈分为3个区域：
  • 局部变量区：每个Java方法使用一个固定大小的局部变量集，按照与vars寄存器的字偏移量来寻址。局部变量都是32位（长整数或双精度浮点数占两个局部变量的空间）
  • 运行环境区：该区包含的信息可以实现：

    • 动态链接：

      
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    • 正常的方法返回

      
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    • 异常和错误传播

  • 操作数栈区：机器指令只从操作数栈中取操作数，对它们进行操作，并把结果返回到栈中。
• 一个无用单元收集堆（Garbage-collected-heap）
  Java的堆是一个运行时数据区，类的实例从中分配空间。Java具有无用单元收集能力，即不给程序员显示释放对象的能力。

• 一个方法区域
  方法区保存方法代码（编译后的Java代码）和符号表。

  
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2.3 JVM的生命周期

JVM的天职时负责运行一个Java程序，在启动一个Java程序的同时会生成一个JVM实例，当该程序退出时，JVM实例也随之消亡。JVM实例通过调用某个初识类的main方法来运行一个程序，这个main方法必须时public、static、返回值为void，并且接收一个字符串数组作为参数。

JVM内部有两种线程：守护线程和非守护线程。只要还有非守护线程在运行，那么Java程序也在继续运行。当所以非守护线程都终止时，JVM实例将自动退出。