JVM（Java Virtual Machine）在研究JVM的过程中会发现，其实JVM本身就是一个计算机体系结构，很多原理和我们平时的硬件、微机原理、操作系统都有十分相似的地方，所以学习JVM本身也是加深自我对计算机结构认识的一个很好的途径。

一、JVM结构

  下图展示了JVM的主要结构：

   1.从上图可以看出，JVM主要由类加载器子系统、运行时数据区（内存空间）、执行引擎以及与本地方法接口等组成。其中运行时数据区又由方法区、堆、Java栈、PC寄存器、本地方法栈组成。

   2.从上图中还可以看出，在内存空间中方法区和堆是所有Java线程共享的，而Java栈、本地方法栈、PC寄存器则由每个线程私有。

   3.Java语言具有跨平台的特性，这也是由JVM来实现的。更准确地说，是Sun利用JVM在不同平台上的实现帮我们把平台相关性的问题给解决了，这就好比是HTML语言可以在不同厂商的浏览器上呈现元素（虽然某些浏览器在对W3C标准的支持上还有一些问题）。同时，Java语言支持通过JNI（Java Native Interface）来实现本地方法的调用，但是需要注意到，如果你在Java程序用调用了本地方法，那么你的程序就很可能不再具有跨平台性，即本地方法会破坏平台无关性。

 二、类加载器子系统（Class Loader）

   类加载器子系统负责加载编译好的.class字节码文件并装入内存，使JVM可以实例化或以其它方式使用加载后的类。

  1.ClassLoader的分类：

    1）启动类加载器（BootStrap Class Loader）：负责加载rt.jar文件中所有的Java类，Java的核心类都是由该ClassLoader加载。在Sun JDK中，这个类加载器是由C++实现的，并且在Java语言中无法获得它的引用。

    2）扩展类加载器（Extension Class Loader）：负责加载一些扩展功能的jar包。

    3）系统类加载器（System Class Loader）：负责加载启动参数中指定的Classpath中的jar包及目录。

    4）用户自定义类加载器（User Defined Class Loader）：由用户自定义类的加载规则，可以手动控制加载过程中的步骤。

  2.ClassLoader的工作原理：

     类加载分为装载、链接、初始化三步。

    1）装载：

       通过类的全名和ClassLoader加载类，主要是将指定的.class文件加载至JVM。当类被加载以后，在JVM内部就以“类的全限定名+ClassLoader实例ID”来标明类。

      在内存中，ClassLoader实例和类的实例都位于堆中，它们的类信息都位于方法区。装载过程采用了一种被称为“双亲委派模型（Parent Delegation Model）”的方式，当一个ClassLoader要加载类时，它会先请求它的双亲ClassLoader（其实这里只有两个ClassLoader，所以称为父ClassLoader可能更容易理解）加载类，而它的双亲ClassLoader会继续把加载请求提交再上一级的ClassLoader，直到启动类加载器。只有其双亲ClassLoader无法加载指定的类时，它才会自己加载类。双亲委派模型是JVM的第一道安全防线，它保证了类的安全加载，这里同时依赖了类加载器隔离的原理：不同类加载器 加载的类之间是无法直接交互的，即使是同一个类，被不同的ClassLoader加载，它们也无法感知到彼此的存在。

   2) 链接:

      链接的任务是把二进制的类型信息合并到JVM运行时状态中去。

      链接分为三部分：

         验证：校验.class文件的正确性，确保该文件是符合规范定义的。

         准备：为类分配内存，同时初始化类中的静态变量赋值为默认值。

         解析（可选）：主要是把类的常量池中的符号引用解析为直接引用，这一步可以在用到相应的引用时再解析。

   3）初始化：

      初始化类中的静态变量，并执行类中的static代码、构造函数。

      JVM规范严格定义了何时需要对类进行初始化：

        a.通过new关键字、反射、clone、反序列化机制实例化对象时。

        b.调用类的静态方法。

        c.通过反射调用类的方法时。

        d.初始化该类的子类时（初始化子类前其父类必须已经被初始化）。

        e.JVM启动时被标记为启动类的类（简单理解为具有main方法的类）。

三、Java栈（Java Stack）

   Java栈由栈帧组成，一个帧对应一个方法调用。调用方法时压入栈帧，方法返回时弹出栈帧并抛弃。Java栈的主要任务是存储方法参数、局部变量、中间运算结果，Java栈是线程私有的，这就保证了线程安全性，使得程序员无需考虑栈同步访问的问题，只有线程本身可以访问它自己的局部变量区。

   它分为三部分：局部变量区、操作数栈、帧数据区。

      1.局部变量区

       局部变量区是以字长为单位的数组，在这里byte、short、char类型会被转换成int类型存储，除了long和double类型占两个字长以外，其余类型都只占用一个字长。特别地，boolean类型在编译时会被转换成int或byte类型，boolean数组会被当做byte类型数组来处理。

     2.操作数栈

     操作数栈和局部变量区一样，操作数栈也被组织成一个以字长为单位的数组。但和前者不同的是，它不是通过索引来访问的，而是通过入栈和出栈来访问的。可把操作数栈理解为存储计算时，临时数据的存储区域。

     3.帧数据区

     当JVM执行到需要常量池数据的指令时，它都会通过帧数据区中指向常量池的指针来访问它。除了处理常量池解析外，帧里的数据还要处理java方法的正常结束和异常终止。如果是通过return正常结束，则当前栈帧从Java栈中弹出，恢复发起调用的方法的栈。如果方法又返回值，JVM会把返回值压入到发起调用方法的操作数栈。