Java虚拟机

Java虚拟机（JVM）是一种虚拟机，使计算机运行的Java程序，以及写在程序的其他语言，它们也编译成Java字节码。通过规范详细描述了JVM，该规范正式描述了JVM实现中的要求。有了规范，可以确保Java程序在不同实现中的互操作性，因此使用Java开发工具包（JDK）的程序作者不必担心基础硬件平台的特性。

Java虚拟机参考实现由OpenJDK项目作为开放源代码开发，并包括一个称为HotSpot的JIT编译器。Oracle Corporation提供的商业支持的Java版本基于OpenJDK运行时。Eclipse OpenJ9是OpenJDK的另一个开源JVM。

Java虚拟机是由规范定义的抽象（虚拟）计算机。没有指定使用的垃圾收集算法以及Java虚拟机指令的任何内部优化（将其翻译成机器代码）。忽略的主要原因是不要不必要地限制实施者。任何Java应用程序都只能在Java虚拟机抽象规范的某些具体实现中运行。

从Java Platform Standard Edition（J2SE）5.0开始，在Java Community Process下开发了对JVM规范的更改，称为JSR924。从2006年开始，对规范的更改以支持对类文件格式（JSR）提出的更改。被完成为JSR 924的维护版本为JVM的规范发布的蓝皮书，所述的前言中指出：

我们希望该规范应充分记录Java虚拟机，以使兼容的洁净室实现成为可能。Oracle提供的测试可以验证Java虚拟机实现的正确运行。

Oracle的Java虚拟机之一名为HotSpot，而从BEA Systems继承的另一个JVM为JRockit。洁净室Java实现包括Kaffe，OpenJ9和Skelmir的CEE-J。Oracle拥有Java商标，并且可以允许其用于证明实施套件与Oracle规范完全兼容。

类是Java虚拟机字节码的组织单位之一。类加载器的实现必须能够识别并加载符合Java类文件格式的任何内容。任何实现都可以自由识别除类文件之外的其他二进制形式，但必须识别类文件。

类加载器按此严格顺序执行三个基本活动：

1. 加载：查找并导入类型的二进制数据
2. 链接：执行验证，准备和（可选）解析
   • 验证：确保导入类型的正确性
   • 准备：为类变量分配内存并将内存初始化为默认值
   • 解决：将符号引用从类型转换为直接引用。
3. 初始化：调用将类变量初始化为其正确起始值的Java代码。

通常，类加载器有两种类型：引导类加载器和用户定义的类加载器。

每个Java虚拟机实现都必须具有一个引导类加载器，该加载器能够加载受信任的类。Java虚拟机规范未指定类加载器应如何定位类。

Java虚拟机对原始值（整数和浮点数）和引用进行操作。JVM基本上是32位计算机。本机支持64位long和double类型的类型，但是它们消耗帧的局部变量或操作数堆栈中的两个存储单元，因为每个单元都是32位。boolean、byte、short和char类型都是符号扩展（除char其是零扩展）和作为32位整数，相同操作int的类型。较小的类型仅具有一些特定于类型的指令，用于加载、存储和类型转换。boolean以8位byte值操作，0代表false1代表true。（虽然boolean一直被当成因为类型的Java虚拟机规范，第二版澄清了这个问题，在编译和执行的代码是有区别不大boolean并且byte除了名字改编的方法签名和布尔阵列的类型。booleanS IN方法签名错位作为Z而bytes的错位如B布尔阵列携带型boolean[]，但每个元件使用8位，Java虚拟机已经没有内置的能力收拾布尔值到一个位阵列，因此除了他们执行和行为的类型与byte数组相同。在所有其他用途中，booleanJVM实际上不知道type类型，因为所有对布尔值进行操作的指令也都用于对bytes进行操作。）

Java虚拟机具有用于收集对象和数组的垃圾回收堆。代码、常量和其他类别数据存储在“方法区域”中。方法区域在逻辑上是堆的一部分，但是实现可以将方法区域与堆分开对待，例如，可能不会对其进行垃圾回收。每个JVM线程还具有自己的调用堆栈（为清楚起见，称为“ Java虚拟机堆栈”），该堆栈存储框架。每次调用方法时都会创建一个新框架，并且该方法退出时该框架将被销毁。

每个框架提供一个“操作数堆栈”和一个“局部变量”数组。操作数栈用于计算操作数和接收被调用方法的返回值，而局部变量的作用与寄存器相同，还用于传递方法参数。因此，Java虚拟机既是堆栈机又是寄存器机。

Java虚拟机具有以下任务组的说明：

目的是二进制兼容性。每个特定的主机操作系统都需要自己的JVM和运行时实现。这些JVM在语义上以相同的方式解释字节码，但实际实现可能有所不同。与模拟字节码相比，更复杂的方法是兼容且有效地实现必须映射到每个主机操作系统的Java核心API。

这些说明在一组通用的上进行操作 抽象的数据类型而不是任何特定指令集体系结构的本地数据类型。

JVM语言是具有可以用Java虚拟机可以承载的有效类文件表示的功能的任何语言。一个类文件包含Java虚拟机指令（Java字节码）和一个符号表，以及其他辅助信息。类文件格式是独立于硬件和操作系统的二进制格式，用于表示已编译的类和接口。

有几种JVM语言，既有移植到JVM的旧语言又有全新的语言。JRuby和Jython可能是现有语言中最著名的端口，分别是Ruby和Python。在从头创建到Java字节码的新语言中，Clojure，Apache Groovy，Scala和Kotlin可能是最受欢迎的语言。JVM语言的一个显着特征是它们彼此兼容，例如，Scala库可以与Java程序一起使用，反之亦然。

Java 7 JVM在Java平台上实现了JSR 292：支持动态类型语言，这是一项新功能，它支持JVM中的动态类型语言。该功能是在达芬奇机器项目中开发的，其目的是扩展Java虚拟机，使其支持Java以外的语言。