一图胜千言：JVM整体架构长什么样

用一张图看全貌，是理解JVM的最快方法。这张图可以分成几个大块：最底下的部分是我们写的Java代码，也就是源码（来源：技术社区分享的JVM架构图）。源码经过编译器变成一种叫‘字节码’的东西，字节码就是.class文件里的内容，可以把它想象成一套JVM能看懂的通用指令集。字节码被一个叫‘类加载器’的模块加载到JVM里面（来源：Oracle官方JVM规范概述）。加载进来的东西放在一个叫‘运行时数据区’的地方，这是JVM干活的‘内存舞台’。紧接着，一个叫‘执行引擎’的核心部件开始解释或者编译这些字节码指令，让它们在真正的计算机CPU上跑起来。执行引擎干活的时候，还需要调用一些本地方法的接口，去用到底层操作系统或其他语言写的库。整张图把‘代码怎么变成指令’、‘指令和数据放在哪’、‘谁来执行指令’这几个核心流程串了起来，一目了然。（来源：综合多家技术博客对JVM架构的图解分析）

内存舞台：运行时数据区里发生了什么

JVM的内存舞台——运行时数据区，是它最核心、也最容易出问题的地方。这块内存主要分成几个区域，各自有明确的职责（来源：《深入理解Java虚拟机》核心概念）。第一个是‘堆’，这是最大的一块，几乎所有我们通过‘new’关键字创建出来的对象都放在这里，它是被所有线程共享的。因为对象在这里生生死死，会产生很多垃圾，所以这里也是垃圾回收机制主要工作的战场。第二个是‘方法区’，它用来存放加载进来的类信息、常量、静态变量这些数据，它也是共享的。第三个是‘虚拟机栈’，每个线程在运行时都会有一个自己的栈。栈里面是一个个‘栈帧’，每个方法被调用时，就会压入一个栈帧，里面存放这个方法的局部变量、操作数栈等信息，方法执行完，这个栈帧就被弹出。还有一个‘程序计数器’，它非常小，但很关键，用来记录当前线程执行到哪一条字节码指令了。本地方法栈和虚拟机栈类似，不过是给本地方法（用其他语言写的方法）用的。理解这几块内存谁管什么、谁共享谁私有，是理解程序运行和排查内存问题的关键。（来源：技术社区常见的JVM内存模型讲解）

垃圾回收：自动打扫内存的清洁工

在堆里创建对象很方便，但对象如果没人用了还占着地方，内存很快就会不够。JVM的垃圾回收机制就是自动打扫内存的清洁工。它怎么知道哪个对象是垃圾呢？主要靠‘引用计数’和‘可达性分析’两种算法（来源：垃圾回收算法经典论文概述）。简单说，可达性分析就是从一些肯定不能被回收的‘根’对象（比如正在运行的线程、静态变量等）出发，看看哪些对象能被直接或间接引用到，那些从任何根都走不到的对象，就被标记为‘垃圾’。确定了垃圾，接下来就是回收。回收不是简单的一删了事，因为会产生内存碎片。所以清洁工有不同的打扫策略，形成了不同的垃圾收集器，比如Serial、Parallel、CMS、G1等（来源：HotSpot虚拟机垃圾收集器文档）。它们有的追求停顿时间短（让程序卡住的时间少），有的追求总体吞吐量大（单位时间内干的活多）。调优时经常要做的就是根据应用特点，选择合适的清洁工和它的工作参数。这个机制让Java程序员不用太操心内存释放，但也因为它的自动和复杂，一旦出问题，排查起来就需要对这些原理有深入理解。（来源：众多线上故障排查经验总结）

执行引擎：让字节码跑起来

类加载好了，内存也分配了，最后一步就是执行字节码，这是执行引擎的工作。执行引擎并不是直接执行字节码，它有两种主要工作模式（来源：JVM即时编译器技术介绍）。一种是‘解释执行’，就是读一条字节码指令，就翻译一条对应的本地机器指令去执行，好处是启动快。另一种是‘编译执行’，也叫即时编译（JIT）。HotSpot虚拟机会监控那些被频繁执行的代码（热点代码），把整段字节码一次性编译优化成本地机器码，下次再执行这段代码就直接用更快的本地代码，大大提升了效率。这种混合模式让Java程序在启动速度和长期运行效率之间取得了很好的平衡。执行引擎在运行过程中，还会通过‘本地方法接口’去调用一些用C/C++等语言写的函数库，来完成一些需要直接操作底层硬件的任务。所以，从字节码到机器码，这最后一步的转换和优化，是JVM性能的关键所在，也是各大厂商JVM实现竞争的技术高地。（来源：OpenJDK项目相关技术讨论）