Java執行方式

為什麼Java要在虛擬機器中執行

（1）Java作為一門主流程式語言，語法非常複雜，抽象程度高。因此，直接在硬體上執行這種複雜程式並不現實，所以需要轉換

（2）轉換的主流思想：設計一個面向Java語言特性的虛擬機器，並通過編譯器將Java程式轉換成該虛擬機器所能識別的指令序列，也稱Java位元組碼

Java虛擬機器咋樣執行Java位元組碼

虛擬機器角度

（1）從虛擬機器角度來看，執行Java程式碼首先需要將它編譯成的class檔案載入到Java方法區中。載入後的Java類會被存放於方法區中。實際執行時，虛擬機器會執行方法區內的程式碼

（2）Java虛擬機器將棧細分為面向本地方法的本地方法棧，面向Java方法的Java方法棧以及存放各個執行緒執行位置的PC暫存器。

（3）在執行過程中，每當呼叫進入一個Java方法，Java虛擬機器會在當前執行緒的 Java方法棧中生成一個棧幀，用以存放區域性變數以及位元組碼的運算元。這個棧幀的大小是提前計算好的，而且Java虛擬機器不要求棧幀在記憶體空間裡連續分佈

（4）當退出當前執行的方法時，不管是正常返回還是異常返回，Java虛擬機器均會彈出當前執行緒的當前棧幀，並將之捨棄

硬體角度

（1）Java位元組碼無法直接執行，因此，Java虛擬機器需要將位元組碼翻譯成機器碼

（2）翻譯過程的兩種形式：第一種解釋執行，逐條將位元組碼翻譯成機器碼並執行；第二種及時編譯，即將一個方法中包含的所有位元組碼編譯成機器碼後執行

（3）前者的優勢在於無需等待編譯，後者的優勢在於實際執行速度更快。HotSpot預設採用混合模式。它會先解釋執行位元組碼，後將其中反覆執行的熱點程式碼，以方法為單位進行即時編譯

（4）為滿足不同使用者場景的需要，HotSpot內建多個即時編譯器：C1、C2和Graal。Graal是Java 10正式引入的實驗性即時編譯器

（5）之所以引入多個即時編譯器，是為了在編譯時間和生成程式碼的執行效率之間做取捨。C1又叫做Client編譯器，面向的是對啟動效能有要求的客戶端GUI程式，採用的優化手段相對簡單，因此編譯時間較短。

（6）C2又叫做Server編譯器，面向的是對峰值效能有要求的伺服器端程式，採用的優化手段相對複雜，因此編譯時間較長，但同時生成程式碼的執行效率較高

（7）從Java7開始，HotSpot預設採用分層編譯的方式：熱點程式碼首先被C1編譯，而後熱點方法中的熱點會進一步被C2編譯

（8）為了不干擾應用的正常執行，HotSpot的即時編譯放在額外的編譯執行緒中進行。HotSpot會根據CPU的數量設定編譯執行緒的數目，並且按照1:2的比例配置給C1及C2編譯器

（9）在計算機資源充足的情況下，位元組碼的解釋執行和即時編譯可同時進行。編譯完成後的機器碼會在下次呼叫該方法時啟動，以替代原本的解釋執行