前言

很多Java開(kāi)發(fā)人員，還不清楚JVM是什么，就直接涉足JVM調(diào)優(yōu)。

很多Java開(kāi)發(fā)人員，說(shuō)起JVM，只知道運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域（或稱(chēng)之為JVM內(nèi)存布局或JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)）。

還有很多Java開(kāi)發(fā)人員，在被問(wèn)起：“你知道Java內(nèi)存模型嗎？”，答：“知道，Java內(nèi)存模型分為方法區(qū)、堆、...”。

......

雖說(shuō)“概念”這個(gè)詞發(fā)明出來(lái)是為了方便交流和說(shuō)明問(wèn)題的，不用太過(guò)于較真。但是，答非所問(wèn)就是你的不對(duì)了。

如果你屬于其中一者，我勸你看完這篇文章。

本文就一個(gè)目的：認(rèn)識(shí)JVM。

從 Java 的跨平臺(tái)特性說(shuō)起

認(rèn)識(shí)JVM應(yīng)該從哪里入手？

可以問(wèn)自己幾個(gè)問(wèn)題，為什么有JVM？沒(méi)有JVM會(huì)怎樣？

Java編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)的初衷就是要解決一個(gè)問(wèn)題：程序員編寫(xiě)一次程序，可以在任何提供Java運(yùn)行時(shí)環(huán)境的機(jī)器上運(yùn)行。

也就是Java語(yǔ)言的跨平臺(tái)特性“一次編寫(xiě)，到處運(yùn)行”。

這一點(diǎn)可以在官方提供的文檔里證實(shí)：

https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-1.html

可能有些Java開(kāi)發(fā)人員對(duì)跨平臺(tái)特性不是很理解：“不應(yīng)該就是編寫(xiě)一次到處運(yùn)行嗎？”。

當(dāng)然不是，如果了解C、C++語(yǔ)言的，就知道，想要在不同平臺(tái)上運(yùn)行，需要分別編譯，甚至重新編寫(xiě)。

當(dāng)然，這是所有編程語(yǔ)言都存在的問(wèn)題。原因下面有說(shuō)明。

那么，Java是如何解決的？

Java 跨平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)：JVM

Java之所以能實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)，離不開(kāi)JVM的支持。

下面對(duì)此展開(kāi)說(shuō)明。

JVM 的定義

JVM，全稱(chēng)：Java Virtual Machine （Java 虛擬機(jī)）。

下面是官方對(duì)JVM的定義：

Java虛擬機(jī)是一種抽象的計(jì)算機(jī)。就像真正的計(jì)算機(jī)一樣，它有一個(gè)指令集，并在運(yùn)行時(shí)處理各種內(nèi)存區(qū)域。

這個(gè)說(shuō)明已經(jīng)非常簡(jiǎn)單明了了。如果不理解的繼續(xù)看下文。

跨平臺(tái)問(wèn)題說(shuō)明

任何一個(gè)高級(jí)編程語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，在最終執(zhí)行前，都會(huì)被翻譯成計(jì)算機(jī)可以理解的語(yǔ)言：機(jī)器碼，也就是諸如0101的二進(jìn)制數(shù)。

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這些機(jī)器碼就是指令的實(shí)際表示，計(jì)算機(jī)的工作原理就是通過(guò)執(zhí)行這些指令來(lái)完成具體的任務(wù)。

（每一條指令中明確規(guī)定了計(jì)算機(jī)從哪個(gè)地址取數(shù)，進(jìn)行什么操作，然后送到什么地址去等步驟）

而同一個(gè)操作，在不同的平臺(tái)，指令可能會(huì)有所不同。

例如，“將數(shù)據(jù)從內(nèi)存加載到寄存器”的操作，在x86架構(gòu)和ARM架構(gòu)中，指令就不一樣：

• 在x86架構(gòu)中，可能會(huì)使用MOV指令將數(shù)據(jù)加載到寄存器EAX中：

MOV EAX, [0x12345678]

• 在ARM架構(gòu)中，可能會(huì)使用LDR指令將數(shù)據(jù)加載到寄存器R0中：

LDR R0, [0x12345678]

所以，在一個(gè)平臺(tái)上編寫(xiě)的程序要在其他平臺(tái)上運(yùn)行，就需要重新編譯，甚至重寫(xiě)。否則就會(huì)出現(xiàn)下圖現(xiàn)象。

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這也正是跨平臺(tái)問(wèn)題存在的根本原因。

從編碼到運(yùn)行

而JVM作為一個(gè)抽象的計(jì)算機(jī)，對(duì)外提供了一套自己的指令集，作用何在？

JVM指令集作用是：在不同平臺(tái)運(yùn)行符合自己指令的程序時(shí)，會(huì)將該指令轉(zhuǎn)換成當(dāng)前機(jī)器的本地指令。

這樣就避免了多次編譯的操作，從而實(shí)現(xiàn)“一次編寫(xiě)，到處運(yùn)行”。

或者這樣理解：JVM替代了多次編譯的工作。

那么，“符合自己指令的程序”是什么呢？

沒(méi)錯(cuò)，就是Java字節(jié)碼（class文件）。

我們平時(shí)在編寫(xiě)完.java源碼后，會(huì)經(jīng)過(guò)JDK提供的編譯工具（javac）編譯為.class，而.class文件里面的內(nèi)容就是JVM指令。

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JVM 已成為規(guī)范

可能會(huì)有人有疑問(wèn)，“為什么javac不直接編譯成機(jī)器碼？”

三個(gè)方面回答這個(gè)問(wèn)題：

1. 如果javac直接編譯成機(jī)器碼，就又回到跨平臺(tái)的問(wèn)題了。
2. JVM除了解決跨平臺(tái)問(wèn)題外，還負(fù)責(zé)了內(nèi)存管理和安全性的問(wèn)題。
3. 發(fā)展至今，JVM已經(jīng)成為了一種規(guī)范，只要符合JVM規(guī)范，支持任何語(yǔ)言運(yùn)行在JVM上。

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JVM 的后續(xù)了解

通過(guò)上面的描述，如果理解了JVM是什么、JVM的作用或者JVM存在的意義，那就算是入門(mén)了。

如果激發(fā)了你對(duì)“JVM指令是什么”以及“它們?nèi)绾伪晦D(zhuǎn)換成機(jī)器指令”的好奇心，或者產(chǎn)生“類(lèi)加載和JVM的關(guān)系”、“垃圾回收器和JVM的關(guān)系”等疑問(wèn)。

那么，請(qǐng)關(guān)注我，后面的文章會(huì)帶你一起了解?；蛘?，自己可以去官方進(jìn)行了解，官方文檔鏈接給你放在這。

Java 各版本文檔：

https://docs.oracle.com/en/java/javase/

Java語(yǔ)言&JVM規(guī)范文檔：

https://docs.oracle.com/javase/specs/index.html

總結(jié)

最后總結(jié)一下本文內(nèi)容：

1. 所有高級(jí)編程語(yǔ)言編寫(xiě)的程序最終要翻譯為機(jī)器碼（指令的實(shí)際表示）才能被計(jì)算機(jī)理解。
2. 由于計(jì)算機(jī)的硬件架構(gòu)、操作系統(tǒng)不同，同一個(gè)操作指令可能也會(huì)不同。所以，程序要想在不同平臺(tái)上運(yùn)行，需要重新翻譯或編寫(xiě)。
3. Java最初是為了解決程序跨平臺(tái)運(yùn)行的問(wèn)題，JVM正是實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)特性的關(guān)鍵所在。
4. Java語(yǔ)言編寫(xiě)的程序會(huì)被編譯為Java字節(jié)碼，也就是JVM自身的指令。運(yùn)行時(shí)，JVM會(huì)將指令轉(zhuǎn)換成本地機(jī)器指令，從而實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)。
5. JVM發(fā)展至今，已然是一個(gè)規(guī)范，已支持上百種編程語(yǔ)言。

當(dāng)了解了JVM的作用、存在的意義，再去了解JVM的工作原理就不會(huì)那么困惑了。

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