Java 虚拟机（JVM）是 Java 语言的核心组成部分，它是一个抽象的计算机设备，通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现 Java 程序的跨平台运行，JVM 的设计目标是“一次编写，到处运行”，这使得 Java 程序无需修改即可在不同的操作系统和硬件平台上运行,极大地提高了软件的可移植性和开发效率。
JVM 的整体架构
JVM 的整体架构可以分为五个主要部分：类加载器、运行时数据区、执行引擎、本地接口方法程序和垃圾回收器，这些部分协同工作，确保 Java 程序能够从源代码到执行完成的全过程顺利进行。
类加载器（Class Loader）
类加载器负责将.class文件（包含 Java 字节码）加载到内存中，并将其转换为方法区的数据结构，类加载过程分为三个主要阶段：加载、链接（包括验证、准备和解析）和初始化，JVM 提供了三种类加载器：启动类加载器（Bootstrap Class Loader）、扩展类加载器（Extension Class Loader）和应用程序类加载器（Application Class Loader），这些类加载器通过“双亲委派模型”协同工作，确保类的唯一性和安全性，防止核心 API 被篡改。
运行时数据区（Runtime Data Areas）
运行时数据区是 JVM 在运行时分配内存的区域，它分为线程私有区和线程共享区，线程私有区包括虚拟机栈（JVM Stack）、本地方法栈（Native Method Stack）和程序计数器（PC Register），虚拟机栈存储方法执行时的栈帧（局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等）；本地方法栈为 native 方法服务；程序计数器记录当前线程执行的字节码行号，线程共享区包括堆（Heap）和方法区（Method Area），堆是所有线程共享的一块内存区域，用于存储对象实例和数组；方法区用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。
| 区域名称 | 线程是否私有 | 主要作用 |
|---|---|---|
| 程序计数器 | 是 | 记录当前线程执行的字节码行号，用于分支、循环、跳转等指令。 |
| 虚拟机栈 | 是 | 存储方法执行时的栈帧，包括局部变量表、操作数栈等。 |
| 本地方法栈 | 是 | 为 native 方法（非 Java 语言实现的方法）提供执行环境。 |
| 堆 | 否 | 存储对象实例和数组，是垃圾收集器管理的主要区域。 |
| 方法区（元空间） | 否 | 存储类信息、常量池、静态变量等数据（JDK 8 后用元空间替代永久代）。 |
执行引擎（Execution Engine）
执行引擎负责执行加载到方法区的字节码指令，它由解释器（Interpreter）、即时编译器（JIT Compiler）和垃圾回收器（Garbage Collector）组成，解释器逐行解释执行字节码，但效率较低；JIT 编译器将热点代码（频繁执行的代码）编译成机器码，直接在本地硬件上运行，显著提高执行效率；垃圾回收器负责自动回收堆中不再使用的对象，释放内存空间,避免内存泄漏。
垃圾回收机制（Garbage Collection）
垃圾回收是 JVM 的重要功能，它通过可达性分析算法判断对象是否存活，从 GC Roots（如虚拟机栈中引用的对象、静态变量等）出发，所有能被访问到的对象都被认为是存活的，反之则被视为垃圾，JVM 提供了多种垃圾回收器，如 Serial GC、Parallel GC、CMS GC 和 G1 GC 等，适用于不同的应用场景和性能需求,垃圾回收器的自动管理大大减轻了开发者的内存管理负担。
JVM 的执行流程
Java 程序的执行流程可以分为以下几个步骤：通过javac编译器将 Java 源代码编译成.class文件（字节码）；类加载器将.class文件加载到 JVM 的方法区；执行引擎解释或编译执行字节码指令；在执行过程中，对象实例被分配到堆内存，局部变量存储在虚拟机栈中；垃圾回收器定期回收不再使用的对象,确保内存的合理利用。
Java 虚拟机作为 Java 平台的核心，通过类加载、内存管理、字节码执行和垃圾回收等机制，为 Java 程序提供了跨平台运行的能力和高效的执行环境，深入理解 JVM 的架构和工作原理，对于优化 Java 程序性能、排查内存泄漏和调优系统运行状态具有重要意义，掌握 JVM 知识不仅能够提升开发者的技术能力，还能帮助构建更加稳定、高效的 Java 应用程序。
