在面試java工程師的時候，這道題經常被問到，故需特別注意。

1、JVM 簡介

　　JVM 是我們Javaer 的最基本功底了，剛開始學Java 的時候，一般都是從“Hello World ”開始的，然後會寫個複雜點class ，然後再找一些開源框架，比如Spring ，Hibernate 等等，再然後就開發企業級的應用，比如網站、企業內部應用、實時交易系統等等，直到某一天突然發現做的系統咋就這麼慢呢，而且時不時還來個記憶體溢位什麼的，今天是交易系統報了StackOverflowError ，明天是網站系統報了個OutOfMemoryError ，這種錯誤又很難重現，只有分析Javacore 和dump 檔案，運氣好點還能分析出個結果，執行遭的點，就直接去廟裡燒香吧！每天接客戶的電話都是戰戰兢兢的，生怕再出什麼么蛾子了。我想Java 做的久一點的都有這樣的經歷，那這些問題的最終根結是在哪呢？—— JVM 。

　　JVM 全稱是Java Virtual Machine ，Java 虛擬機器，也就是在計算機上再虛擬一個計算機，這和我們使用 VMWare不一樣，那個虛擬的東西你是可以看到的，這個JVM 你是看不到的，它存在記憶體中。我們知道計算機的基本構成是：運算器、控制器、儲存器、輸入和輸出裝置，那這個JVM 也是有這成套的元素，運算器是當然是交給硬體CPU 還處理了，只是為了適應“一次編譯，隨處執行”的情況，需要做一個翻譯動作，於是就用了JVM 自己的命令集，這與彙編的命令集有點類似，每一種彙編命令集針對一個系列的CPU ，比如8086 系列的彙編也是可以用在8088 上的，但是就不能跑在8051 上，而JVM 的命令集則是可以到處執行的，因為JVM 做了翻譯，根據不同的CPU ，翻譯成不同的機器語言。

　　JVM 中我們最需要深入理解的就是它的儲存部分，儲存？硬碟？NO ，NO ， JVM 是一個記憶體中的虛擬機器，那它的儲存就是記憶體了，我們寫的所有類、常量、變數、方法都在記憶體中，這決定著我們程式執行的是否健壯、是否高效，接下來的部分就是重點介紹之。

2、JVM 的組成部分

我們先把JVM 這個虛擬機器畫出來，如下圖所示：

從這個圖中可以看到，JVM 是執行在作業系統之上的，它與硬體沒有直接的互動。我們再來看下JVM 有哪些組成部分，如下圖所示：

該圖參考了網上廣為流傳的JVM 構成圖，大家看這個圖，整個JVM 分為四部分：

## Class Loader 類載入器 

類載入器的作用是載入類檔案到記憶體，比如編寫一個HelloWord.java 程式，然後通過javac 編譯成class 檔案，那怎麼才能載入到記憶體中被執行呢？Class Loader 承擔的就是這個責任，那不可能隨便建立一個.class 檔案就能被載入的，Class Loader 載入的class 檔案是有格式要求，在《JVM Specification 》中式這樣定義Class 檔案的結構：

  ClassFile {
      u4 magic;
      u2 minor_version;
       u2 major_version;
      u2 constant_pool_count;
      cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];
      u2 access_flags;
      u2 this_class;
      u2 super_class;
      u2 interfaces_count;
      u2 interfaces[interfaces_count];
      u2 fields_count;
      field_info fields[fields_count];
      u2 methods_count;
      method_info methods[methods_count];
      u2 attributes_count;
      attribute_info attributes[attributes_count];
    }

需要詳細瞭解的話，可以仔細閱讀《JVM Specification 》的第四章“The class File Format ”，這裡不再詳細說明。

友情提示：Class Loader 只管載入，只要符合檔案結構就載入，至於說能不能執行，則不是它負責的，那是由Execution Engine 負責的。

## Execution Engine 執行引擎 

執行引擎也叫做直譯器(Interpreter) ，負責解釋命令，提交作業系統執行。

## Native Interface 本地介面

本地介面的作用是融合不同的程式語言為Java 所用，它的初衷是融合C/C++ 程式，Java 誕生的時候是C/C++ 橫行的時候，要想立足，必須有一個聰明的、睿智的呼叫C/C++ 程式，於是就在記憶體中專門開闢了一塊區域處理標記為native 的程式碼，它的具體做法是Native Method Stack 中登記native 方法，在Execution Engine 執行時載入native libraies 。目前該方法使用的是越來越少了，除非是與硬體有關的應用，比如通過Java 程式驅動印表機，或者Java 系統管理生產裝置，在企業級應用中已經比較少見，因為現在的異構領域間的通訊很發達，比如可以使用Socket 通訊，也可以使用Web Service 等等，不多做介紹。

## Runtime data area 執行資料區 

執行資料區是整個JVM 的重點。我們所有寫的程式都被載入到這裡，之後才開始執行，Java 生態系統如此的繁榮，得益於該區域的優良自治。

整個JVM 框架由載入器載入檔案，然後執行器在記憶體中處理資料，需要與異構系統互動是可以通過本地介面進行，瞧，一個完整的系統誕生了！

3、JVM載入class檔案的原理機制 

　　 Java中的所有類，都需要由類載入器裝載到JVM中才能執行。類載入器本身也是一個類，而它的工作就是把class檔案從硬碟讀取到記憶體中。在寫程式的時候，我們幾乎不需要關心類的載入，因為這些都是隱式裝載的，除非我們有特殊的用法，像是反射，就需要顯式的載入所需要的類。

　　類裝載方式，有兩種 
    　　1.隱式裝載， 程式在執行過程中當碰到通過new 等方式生成物件時，隱式呼叫類裝載器載入對應的類到jvm中，
    　　2.顯式裝載， 通過class.forname()等方法，顯式載入需要的類 
  　　隱式載入與顯式載入的區別：兩者本質是一樣? 

     Java類的載入是動態的，它並不會一次性將所有類全部載入後再執行，而是保證程式執行的基礎類(像是基類)完全載入到jvm中，至於其他類，則在需要的時候才載入。這當然就是為了節省記憶體開銷。

  　Java的類載入器有三個，對應Java的三種類:（java中的類大致分為三種：   1.系統類   2.擴充套件類 3.由程式設計師自定義的類 ）

     Bootstrap Loader  // 負責載入系統類 (指的是內建類，像是String，對應於C#中的System類和C/C++標準庫中的類)
            | 
          - - ExtClassLoader   // 負責載入擴充套件類(就是繼承類和實現類)
                          | 
                      - - AppClassLoader   // 負責載入應用類(程式設計師自定義的類)

 三個載入器各自完成自己的工作，但它們是如何協調工作呢？哪一個類該由哪個類載入器完成呢？為了解決這個問題，Java採用了委託模型機制。

委託模型機制的工作原理很簡單：當類載入器需要載入類的時候，先請示其Parent(即上一層載入器)在其搜尋路徑載入，如果找不到，才在自己的搜尋路徑搜尋該類。這樣的順序其實就是載入器層次上自頂而下的搜尋，因為載入器必須保證基礎類的載入。之所以是這種機制，還有一個安全上的考慮：如果某人將一個惡意的基礎類載入到jvm，委託模型機制會搜尋其父類載入器，顯然是不可能找到的，自然就不會將該類載入進來。

      我們可以通過這樣的程式碼來獲取類載入器:

ClassLoader loader = ClassName.class.getClassLoader();
ClassLoader ParentLoader = loader.getParent();

注意一個很重要的問題，就是Java在邏輯上並不存在BootstrapKLoader的實體！因為它是用C++編寫的，所以列印其內容將會得到null。
      

前面是對類載入器的簡單介紹，它的原理機制非常簡單，就是下面幾個步驟:

1.裝載:查詢和匯入class檔案;

2.連線:

      (1)檢查:檢查載入的class檔案資料的正確性;

      (2)準備:為類的靜態變數分配儲存空間;

      (3)解析:將符號引用轉換成直接引用(這一步是可選的)

3.初始化:初始化靜態變數，靜態程式碼塊。

      這樣的過程在程式呼叫類的靜態成員的時候開始執行，所以靜態方法main()才會成為一般程式的入口方法。類的構造器也會引發該動作。