hi ，大家好，我是极客重生的Alex，今天分享一篇JVM底层原理的文章，希望可以帮助大家了解一下语言虚拟机一些设计原理，不管你当前使用语言是C，C++，Golang，Python等，很多思想和原理是相通的，可以借鉴。

比如之前分析内核虚拟机eBPF架构：

在本文中，您将学习

• JVM架构

• 软件代码编译执行流程

• C代码编译执行过程

• Java代码编译执行过程

• 为什么Java既是解释型语言又是编译型语言？

• 为什么 Java 很慢？

  
  

什么是JVM？
Java 虚拟机 (JVM)是提供运行时环境来驱动 Java 代码或应用程序的引擎。它将 Java 字节码转换为机器语言。JVM 是 Java 运行环境 (JRE) 的一部分。在其他编程语言中，编译器为特定系统生成机器代码。但是，Java编译器为称为Java 虚拟机的虚拟机生成代码。
JVM的工作原理首先，Java 代码被编译成字节码，这个字节码在不同的机器上被解释，在主机系统和 Java 源代码之间，字节码是一种中介语言，Java 中的 JVM 负责分配内存空间。

Java 虚拟机 (JVM) 的工作JVM架构让我们了解 JVM 的架构。Java 中的 JVM 架构包含类加载器、内存区、执行引擎等。
Java 虚拟机架构1) 类加载器类加载器是用于加载类文件的子系统。它执行三个主要功能，即。加载、链接和初始化。
2) 方法区JVM 方法区存储类结构，如元数据、常量运行时池和方法代码。
3) 堆所有的Objects及其相关的实例变量和数组都存储在堆中。此内存是通用的，并在多个线程之间共享。4) JVM 语言栈Java 语言堆栈存储局部变量，和部分结果，每个线程都有自己的 JVM 堆栈，在创建线程时同时创建。每当调用方法时都会创建一个新的，并在方法调用过程完成时将其删除。
5) PC 寄存器PC 寄存器存储当前正在执行的 Java 虚拟机指令的地址。在 Java 中，每个线程都有其独立的 PC 寄存器。
6) 本地方法栈本机方法栈持有本机代码的指令取决于本机库。它是用另一种语言而不是 Java 编写的。
7) 执行引擎它是一种用于测试硬件、软件或完整系统的软件。测试执行引擎从不携带有关被测产品的任何信息。
8) 本地方法接口本机方法接口是一个编程框架。它允许在 JVM 中运行的 Java 代码由库和本机应用程序调用。
9) 本地方法库本机库是执行引擎所需的本机库（C、C++）的集合。
软件代码编译执行流程为了编写和执行软件程序，您需要以下内容1) 编辑器 – 要输入您的程序，可以使用记事本。2) 编译器 ——将您的高级语言程序转换为本地机器代码。3) 链接器 ——将主程序中的不同程序文件引用组合在一起。4) Loader – 将您的辅助存储设备（如硬盘、闪存驱动器、CD ）中的文件加载到 RAM 中以供执行。执行代码时会自动完成加载。5) 执行– 由您的操作系统和处理器处理的代码的实际执行。C代码编译执行过程了解Java中的Java编译过程。首先让我们快速了解一下 C 中的编译和链接过程。假设在 main 中，您调用了两个函数 f1 和 f2。main 函数存储在文件 a1.c 中。

函数 f1 存储在文件 a2.c 中

函数 f2 存储在文件 a3.c 中
所有这些文件，即 a1.c、a2.c 和 a3.c，都被提供给编译器。其输出是相应的目标文件，即机器代码。

下一步是在链接器的帮助下将所有这些目标文件集成到一个 .exe 文件中。链接器会将所有这些文件组合在一起并生成 .exe 文件。

在程序运行过程中，加载程序会将 a.exe 加载到 RAM 中执行。

Java VM 中的 Java 代码编译和执行让我们看看 JAVA 的编译执行过程。在您的主文件中，您有两个方法 f1 和 f2。

• main方法存放在文件a1.java中

• f1 作为 a2.java 存储在文件中

• f2 作为 a3.java 存储在文件中
  

编译器将编译这三个文件，并生成 3 个对应的 .class 文件，其中包含字节码。与 C 不同，没有进行链接。Java VM 或 Java 虚拟机驻留在 RAM 上。在执行期间，使用类加载器将类文件带到 RAM 中。字节码已验证是否存在任何安全漏洞。

接下来，执行引擎会将字节码转换为本地机器码。这只是及时编译，这是Java相对较慢的主要原因之一。


注意：JIT或即时编译器是 Java 虚拟机 (JVM) 的一部分。它同时转化具有相似功能的部分字节码。
为什么Java既是解释型语言又是编译型语言？编程语言被分类为

• 高级语言，例如C++、Java

• 中级语言，例如C

• 低级语言，例如汇编

• 最后是最低级别的机器语言。

编译器是一个程序，它把程序从一个级别转化到另外一个级别（一般是从高到低），比如把C++ 程序转化到机器码。

java编译器将高级java代码转换成字节码（也是一种机器码）。

解释器是一个程序，它把程序转化为相同等级的其他语言，比如把Java程序转换成C++。

在 Java 中，Jit生成器将字节码转换为处于相同级别的本机机器代码，因此，Java 既是编译型语言，又是解释型语言。

为什么 Java 很慢？
Java 运行缓慢的两个主要原因是

1. 动态链接：与 C 不同，链接是在运行时完成的，每次程序在 Java 中运行时。

2. 运行时解释器：字节码到本地机器码的转换是在 Java 运行时完成的，这进一步减慢了速度。

但是，最新版本的 Java 在很大程度上解决了性能瓶颈。
总结：

• JVM 的完整形式是Java Virtual Machine.（Java虚拟机），Java 中的 JVM 是驱动 Java 代码的引擎，它将 Java 字节码转换为机器语言。

• Java 中的 JVM 架构包含类加载器、内存区、执行引擎等。

• 在 JVM 中，Java 代码被编译为字节码。这个字节码在不同的机器上被解释成不同的机器码。

• JIT 代表即时编译器。JIT 是 Java 虚拟机 (JVM) 的一部分。它用于加快执行时间。

• 与其他编译器机器相比，Java 中的 JVM 执行速度可能较慢。