Java面试经常会问到JVM原理，重点会问到JVM原理的实现细节，下面我就重点来详解JVM原理@mikechen
JVM简介
JVM，全称是Java Virtual Machine，就是我们经常说的Java虚拟机，是Java程序在运行时的环境。
JVM是一个虚拟机，它能够在不同的硬件和操作系统平台上运行Java程序，并提供了一个统一的、安全的、可移植的执行环境。
JVM架构原理
JVM的架构主要由以下三个部分组成：
1.类加载器
负责将类文件加载到JVM中，并在必要时解析类文件。
2.运行时数据区
运行时数据区包括：堆、栈、方法区等。堆用于存放对象实例，栈用于存放局部变量和方法调用栈，方法区用于存放类信息、常量池等。
3.执行引擎
执行引擎包括：负责执行字节码指令，包括解释执行和即时编译执行。
下面我针对以上内容，我一一来详解JVM原理@mikechen
JVM类加载机制
JVM的类加载机制是指：JVM将字节码文件加载到内存中的过程，整个过程如下图所示：
JVM类加载机制过程主要会包含：加载、验证、准备、解析、和初始化的过程，下面我一一来详解@mikechen
加载
加载是指将类的字节码文件从文件系统或网络中读取到内存中，并在内存中创建一个java.lang.Class对象来代表这个类。
如下图所示：
在加载阶段中，JVM会执行以下操作：
1.通过类加载器查加载类的字节码
当JVM需要使用某个类时，会首先通过类加载器查找该类的字节码数据。
2.转化为JVM内存结构
在获取类的字节码数据后，JVM会将其转化为JVM内部数据结构，包括：常量池、字段表、方法表等等。
3.为类的静态变量分配内存，并设置默认初始值
在加载阶段中，JVM会为类的静态变量分配内存，并设置默认初始值，这些静态变量包括基本类型和引用类型。
4.生成代表该类的Class对象，并存储在方法区中
在加载阶段完成后，JVM会生成一个代表该类的Class对象，并将其存储在方法区中。
验证
验证主要就是：确保加载的类符合JVM规范，不会危害JVM的安全。
如下图所示：
验证主要分为3个步骤：
1.文件格式验证
在这个阶段，JVM会验证Class文件的格式是否符合规范。
2.语义验证 在这个阶段
JVM会对字节码进行语义分析，确保代码中不会存在语法错误和语义错误。
3.字节码验证 在这个阶段
JVM会对字节码进行验证，以确保它不会对JVM的安全性产生威胁。
准备
在准备阶段，JVM会为类的静态变量分配内存，并设置默认初始值，这些静态变量包括基本类型和引用类型。
解析
解析阶段的主要任务是将类或接口中的符号引用转化为直接引用。
如下图所示：
在解析阶段中，JVM会完成以下三个任务：
1.将类或接口中的常量池中的符号引用替换为直接引用
在Java中类和接口中的常量池存储了许多符号引用，包括：类名、字段名、方法名等等。
2.解析类或接口中的父类和接口的符号引用
在解析阶段中，JVM会将类或接口中的父类和父接口的符号引用解析成直接引用，从而构建类或接口之间的继承和实现关系。
3.将字段和方法的符号引用解析成直接引用
在解析阶段中，JVM会将这些符号引用解析成直接引用，从而使得程序能够正确地访问和调用字段和方法。
初始化
初始化阶段是类加载的最后一个阶段，也是最重要的阶段之一。
在初始化阶段，JVM会为类的静态变量赋初值，并执行类的静态代码块。
如下图所示：
在初始化阶段中，JVM会执行以下操作：
1.为类的静态变量分配内存，并设置初始值
在加载阶段中，JVM会为类的静态变量分配内存，并设置默认初始值。
2.执行类的静态代码块
在初始化阶段中，JVM会执行类的静态代码块，这些静态代码块中可以包含任意的Java代码。
JVM运行时数据区
JVM运行时数据区，也叫JVM内存模型，或者JVM内存结构都可以。
会包含：JVM堆、虚拟机栈、程序计数器、Java方法区、本地方法栈等内容，如下图所示：
JVM堆
JVM堆是Java虚拟机管理的内存中最大的一块，堆被划分成两个不同的区域：新生代 ( Young )、老年代 ( Old )。
如下图所示：
1.新生代（Young Generation）
新生代是JVM堆的一部分，用于存储新创建的对象，新生代 ( Young ) 又被划分为三个区域：Eden、From Survivor、To Survivor。
2.老年代（Old Generation）
老年代是JVM堆的另一部分，用于存储已经存活了一段时间的对象，老年代的空间通常比新生代大，并且包含更多的对象。
3.永久代（PermGen）
永久代是JVM堆的另一个组成部分，用于存储类的元数据和静态数据。
4.元空间(Metaspace)
在JDK 8之后，永久代已经被Metaspace取代，Metaspace是一块与堆独立的内存空间，用于存储类的元数据和静态数据。
Java方法区
Java方法区，英文全称是Method Area，是JVM内存中的一个重要区域。
Java方法区用于存储类信息、常量、静态变量等数据，这些数据在整个应用程序的生命周期内都是存在的。
如下图所示：
1.类型信息
类数据主要包括：类名、访问修饰符、父类名、接口列表、字段数据、方法数据和注解信息等。
2.域信息成员变量
比如：public, private,protected,static,final, volatile, transient等等。
3.方法数据
比如：方法的修饰符：public, private,protected,static, final,synchronized,abstract等；
4.运行时常量池（Runtime Constant Pool）
运行时常量池存放类中的常量，包括：字符串、final修饰的常量等。
虚拟机栈
虚拟机栈，英文全称Java Virtual Machine Stack。
虚拟机栈由多个栈帧（Stack Frame）组成，每个栈帧对应一个方法的执行。
如下图所示：
当一个方法被调用时，JVM会为该方法创建一个栈帧，并将其推入虚拟机栈的顶部。当
该方法执行完毕后，JVM会将该栈帧弹出虚拟机栈，并将控制权交给该方法的调用者。
虚拟机栈的大小是可以通过JVM的启动参数来设置的，当虚拟机栈空间不足时，JVM会抛出StackOverflowError异常。
需要注意的是，虚拟机栈存储的是基本数据类型和对象引用，而不包括对象本身，对象的存储是在堆区完成的。
本地方法栈
本地方法栈，英文全称是Native Method Stack，是JVM内存结构的组成部分，如下图所示：
本地方法栈用于执行本地方法，本地方法是用其他语言，比如：C/C++编写的方法，在Java程序中通过JNI（Java Native Interface）来调用。
程序计数器
程序计数器，英文名Program Counter，是一种专门用来存储当前正在执行的指令地址的寄存器，它保证了指令的顺序执行和分支指令的正确执行。
Java编程里的：分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。
JVM执行引擎
JVM执行引擎是Java虚拟机中的一部分，它负责将Java字节码转换为机器指令，并执行这些指令。
JVM执行引擎可以分为两个部分：解释器和即时编译器。
1.解释器
JVM解释器作用是解释执行Java字节码，将字节码转化为机器指令执行。
Java程序在运行时，首先需要将源代码编译成Java字节码，然后通过JVM解释器将字节码解释执行。
JVM解释器会逐条解释Java字节码指令，并将其转化为机器指令执行。
解释器的优点是可以实现跨平台执行，因为它不依赖于特定的硬件和操作系统，而是通过JVM来提供平台无关性。
2.即时编译器
JVM即时编译器，全称Just-In-Time Compiler，作用是将Java字节码实时编译成本地机器码，从而提高Java程序的执行效率。
JIT编译器通过将热点代码（被多次执行的代码）编译成本地机器码，使得这部分代码的执行速度比解释执行快得多。
以上就是JVM原理的详解，更多JVM内容请查看：JVM(Java虚拟机)从0到1全部合集
作者简介
陈睿|mikechen，10年+大厂架构经验，BAT资深面试官，就职于阿里巴巴、淘宝、百度等一线互联网大厂。
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