JVM是Java程序的運行環境,它同時也是一個操作系統的一個應用程序、一個進程,因此他也有他自己的運行生命周期,也有自己的代碼和數據空間.JVM包括一套字節碼指令集、一組寄存器、一個棧、一個垃圾回收堆和一個存儲方法域。

首先來說一下JVM工作原理中的jdk這個東西,不管你是初學者還是高手,是j2ee程序員還是j2se程序員,jdk總是在幫我們做一些事情.我們在了解Java之前首先大師們會給我們提供說jdk這個東西.它在Java整個體系中充當著什麽角色呢?我很驚嘆sun大師們設計天才,能把一個如此完整的體系結構化的如此完美.jdk在這個體系中充當一個生產加工中心,產生所有的數據輸出,是所有指令和戰略的執行中心.本身它提供了Java的完整方案,可以開發目前Java能支持的所有應用和系統程序.這裏說一個問題,大家會問,那為什麽還有j2me,j2ee這些東西,這兩個東西目的很簡單,分別用來簡化各自領域內的開發和構建過程.jdk除了JVM之外,還有一些核心的API,集成API,用戶工具,開發技術,開發工具和API等組成

好了,廢話說了那麽多,來點於主題相關的東西吧.JVM在整個jdk中處於最底層,負責於操作系統的交互,用來屏蔽操作系統環境,提供一個完整的Java運行環境,因此也就是虛擬計算機.
操作系統裝入JVM是通過jdk中Java.exe來完成,通過下面4步來完成JVM環境.

1.創建JVM裝載環境和配置

2.裝載JVM.dll

3.初始化JVM.dll並掛界到JNIENV(JNI調用接口)實例

4.調用JNIEnv實例裝載並處理class類。

一．JVM裝入環境，JVM提供的方式是操作系統的動態連接文件．既然是文件那就一個裝入路徑的問題，Java是怎麽找這個路徑的呢？當你在調用Java
test的時候，操作系統會在path下找到你的Java.exe程序，Java.exe就通過下面一個過程來確定JVM的路徑和相關的參數配置．下面基於Windows的實現的分析．

首先查找jre路徑：Java是通過GetApplicationHome
api來獲得當前的Java.exe絕對路徑，c:\j2sdk1.4.2_09\bin\Java.exe,那麽它會截取到絕對路徑c:\j2sdk1.4.2_09\，判斷c:\j2sdk1.4.2_09\bin\Java.dll文件是否存在，如果存在就把c:\j2sdk1.4.2_09\作為jre路徑，如果不存在則判斷c:\j2sdk1.4.2_09\jre\bin\Java.dll是否存在，如果存在這c:\j2sdk1.4.2_09\jre作為jre路徑．如果不存在就會接著調用GetPublicJREHome查HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\JavaSoft\Java
Runtime Environment\“當前JRE版本號”\JavaHome的路徑為jre路徑。

然後裝載JVM.cfg文件：JRE路徑+\lib+\ARCH（CPU構架）+\JVM.cfg。ARCH（CPU構架）的判斷是通過Java_md.c中的GetArch函數判斷的，該函數在windows平臺只有兩種情況：WIN64的‘ia64’，其他情況都為‘i386’。以我的為例：C:\j2sdk1.4.2_09\jre\lib\i386\JVM.cfg.主要的內容如下：

-client KNOWN

-server KNOWN

-hotspot ALIASED_TO -client

-classic WARN

-native ERROR

-green ERROR

在我們的jdk目錄中jre\bin\server和jre\bin\client都有JVM.dll文件存在，而Java正是通過JVM.cfg配置文件來管理這些不同版本的JVM.dll的．通過文件我們可以定義目前jdk中支持那些JVM,前面部分（client）是JVM名稱，後面是參數，KNOWN表示JVM存在，ALIASED_TO表示給別的JVM取一個別名，WARN表示不存在時找一個JVM替代，ERROR表示不存在拋出異常．在運行Java
XXX時，Java.exe會通過CheckJVMType來檢查當前的JVM類型，Java可以通過兩種參數的方式來指定具體的JVM類型，一種按照JVM.cfg文件中的JVM名稱指定，第二種方法是直接指定，它們執行的方法分別是“Java
-J”、“Java -XXaltJVM=”或“Java
-J-XXaltJVM=”。如果是第一種參數傳遞方式，CheckJVMType函數會取參數‘-J’後面的JVM名稱，然後從已知的JVM配置參數中查找如果找到同名的則去掉該JVM名稱前的‘-’直接返回該值；而第二種方法，會直接返回“-XXaltJVM=”或“-J-XXaltJVM=”後面的JVM類型名稱；如果在運行Java時未指定上面兩種方法中的任一一種參數，CheckJVMType會取配置文件中第一個配置中的JVM名稱，去掉名稱前面的‘-’返回該值。CheckJVMType函數的這個返回值會在下面的函數中匯同jre路徑組合成JVM.dll的絕對路徑。如果沒有指定這會使用JVM.cfg中第一個定義的JVM.可以通過set
_Java_LAUNCHER_DEBUG=1在控制臺上測試．

最後獲得JVM.dll的路徑：JRE路徑+\bin+\JVM類型字符串+\JVM.dll就是JVM的文件路徑了，但是如果在調用Java程序時用-XXaltJVM=參數指定的路徑path,就直接用path+\JVM.dll文件做為JVM.dll的文件路徑．

二：裝載JVM.dll

通過第一步已經找到了JVM的路徑，Java通過LoadJavaVM來裝入JVM.dll文件．裝入工作很簡單就是調用Windows API函數：

LoadLibrary裝載JVM.dll動態連接庫．然後把JVM.dll中的導出函數JNI_CreateJavaVM和JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs掛接到InvocationFunctions變量的CreateJavaVM和GetDefaultJavaVMInitArgs函數指針變量上。JVM.dll的裝載工作宣告完成。

三：初始化JVM，獲得本地調用接口，這樣就可以在Java中調用JVM的函數了．調用InvocationFunctions－>CreateJavaVM也就是JVM中JNI_CreateJavaVM方法獲得JNIEnv結構的實例．

四：運行Java程序．

Java程序有兩種方式一種是jar包，一種是class. 運行jar,Java -jar
XXX.jar運行的時候，Java.exe調用GetMainClassName函數，該函數先獲得JNIEnv實例然後調用Java類Java.util.jar.JarFileJNIEnv中方法getManifest()並從返回的Manifest對象中取getAttributes("Main-Class")的值即jar包中文件：META-INF/MANIFEST.MF指定的Main-Class的主類名作為運行的主類。之後main函數會調用Java.c中LoadClass方法裝載該主類（使用JNIEnv實例的FindClass）。main函數直接調用Java.c中LoadClass方法裝載該類。如果是執行class方法。main函數直接調用Java.c中LoadClass方法裝載該類。

然後main函數調用JNIEnv實例的GetStaticMethodID方法查找裝載的class主類中

“public static void main(String[]
args)”方法，並判斷該方法是否為public方法，然後調用JNIEnv實例的

CallStaticVoidMethod方法調用該Java類的main方法。


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a:指令系統
JVM指令系統同其他計算機的指令系統極其相似。Java指令也是由操作碼和操作數兩部分組成。操作碼為8位二進制數，操作數緊隨在操作碼的後面，其長度根據需要而不同。操作碼用於指定一條指令操作的性質（在這裏我們采用匯編符號的形式進行說明），如iload表示從存儲器中裝入一個整數，anewarray表示為一個新數組分配空間，iand表示兩個整數的"與"，ret用於流程控制，表示從對某一方法的調用中返回。當長度大於8位時，操作數被分為兩個以上字節存放。JVM采用了"big
endian[3]"的編碼方式來處理這種情況，即高位bits存放在低字節中。這同 Motorola及其他的RISC
CPU采用的編碼方式是一致的，而與Intel采用的"little endian
"的編碼方式即低位bits存放在低位字節的方法不同。Java指令系統是以Java語言的實現為目的設計的，其中包含了用於調用方法和監視多線程系統的指令。Java的8位操作碼的長度使得JVM最多有256種指令，已使用了160多種操作碼。
b:寄存器
所有的CPU均包含用於保存系統狀態和處理器所需信息的寄存器組。如果虛擬機定義較多的寄存器，便可以從中得到更多的信息而不必對棧或內存進行訪問，這有利於提高運行速度。然而，如果虛擬機中的寄存器比實際CPU的寄存器多，在實現虛擬機時就會占用處理器大量的時間來用常規存儲器模擬寄存器，這反而會降低虛擬機的效率。針對這種情況，JVM只設置了4個最為常用的寄存器。它們是：

pc程序計數器

optop操作數棧頂指針

frame當前執行環境指針

vars指向當前執行環境中第一個局部變量的指針

所有寄存器均為32位。pc用於記錄程序的執行。optop,frame和vars用於記錄指向Java棧區的指針。
c:棧結構
作為基於棧結構的計算機，Java棧是JVM存儲信息的主要方法。當JVM得到一個Java字節碼應用程序後，便為該代碼中一個類的每一個方法創建一個棧框架，以保存該方法的狀態信息。每個棧框架包括以下三類信息：

局部變量

執行環境

操作數棧

局部變量用於存儲一個類的方法中所用到的局部變量。vars寄存器指向該變量表中的第一個局部變量。

執行環境用於保存解釋器對Java字節碼進行解釋過程中所需的信息。它們是：上次調用的方法、局部變量指針和操作數棧的棧頂和棧底指針。執行環境是一個執行一個方法的控制中心。例如：如果解釋器要執行iadd（整數加法），首先要從frame寄存器中找到當前執行環境，而後便從執行環境中找到操作數棧，從棧頂彈出兩個整數進行加法運算，最後將結果壓入棧頂。

操作數棧用於存儲運算所需操作數及運算的結果。
d:碎片回收
Java類的實例所需的存儲空間是在堆上分配的。解釋器具體承擔為類實例分配空間的工作。解釋器在為一個實例分配完存儲空間後，便開始記錄對該實例所占用的內存區域的使用。一旦對象使用完畢，便將其回收到堆中。在Java語言中，除了new語句外沒有其他方法為一對象申請和釋放內存。對內存進行釋放和回收的工作是由Java運行系統承擔的。這允許Java運行系統的設計者自己決定碎片回收的方法。在SUN公司開發的Java解釋器和Hot
Java環境中，碎片回收用後臺線程的方式來執行。這不但為運行系統提供了良好的性能，而且使程序設計人員擺脫了自己控制內存使用的風險。
e:存儲區
JVM有兩類存儲區：常量緩沖池和方法區。常量緩沖池用於存儲類名稱、方法和字段名稱以及串常量。方法區則用於存儲Java方法的字節碼。對於這兩種存儲區域具體實現方式在JVM規格中沒有明確規定。這使得Java應用程序的存儲布局必須在運行過程中確定，依賴於具體平臺的實現方式。JVM是為Java字節碼定義的一種獨立於具體平臺的規格描述，是Java平臺獨立性的基礎。JVM還存在一些限制和不足，有待於進一步的完善，但無論如何，JVM的思想是成功的。

對比分析：如果把Java原程序想象成我們的C++原程序，Java原程序編譯後生成的字節碼就相當於C++原程序編譯後的80x86的機器碼（二進制程序文件），JVM虛擬機相當於80x86計算機系統，Java解釋器相當於80x86CPU。在80x86CPU上運行的是機器碼，在Java解釋器上運行的是Java字節碼。Java解釋器相當於運行Java字節碼的“CPU”，但該“CPU”不是通過硬件實現的，而是用軟件實現的。Java解釋器實際上就是特定的平臺下的一個應用程序。只要實現了特定平臺下的解釋器程序，Java字節碼就能通過解釋器程序在該平臺下運行，這是Java跨平臺的根本。當前，並不是在所有的平臺下都有相應Java解釋器程序，這也是Java並不能在所有的平臺下都能運行的原因，它只能在已實現了Java解釋器程序的平臺下運行。

什麽是jvm