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一 Java 虚拟机具体是怎样运行Java 字节码的
以标准JDK 中的HotSpot 虚拟机为例
虚拟机视角
从虚拟机视角来看，执行Java 代码首先需要将它编译而成的class 文件加载到Java 虚拟机中。加载后的Java 类会被存放于方法区（Method Area）中。实际运行时，虚拟机会执行方法区内的代码
Java 虚拟机同样也在内存中划分出堆和栈来存储运行时数据
Java 虚拟机会将栈细分为面向Java 方法的Java 方法栈，面向本地方法（用C++写的native 方法）的本地方法栈，以及存放各个线程执行位置的PC 寄存器。
在运行过程中，每当调用进入一个Java 方法，Java 虚拟机会在当前线程的Java 方法栈中生成一个栈帧，用以存放局部变量以及字节码的操作数。这个栈帧的大小是提前计算好的，而且Java 虚拟机不要求栈帧在内存空间里连续分布。
当退出当前执行的方法时，不管是正常返回还是异常返回，Java 虚拟机均会弹出当前线程的当前栈帧，并将之舍弃。
硬件视角
Java 字节码无法直接执行。因此，Java 虚拟机需要将字节码翻译(前面是编译)成机器码。
在HotSpot 里面，上述翻译过程有两种形式：
- 第一种是解释执行，即
逐条将字节码翻译成机器码并执行； - 第二种是即时编译（Just-In-Time compilation，
JIT），即将一个方法中包含的所有字节码编译成机器码后再执行。
硬件只管执行机器码
编译/解释混合模式
前者的优势在于无需等待编译(编译快)，而后者的优势在于实际运行速度更快。HotSpot 默认采用混合模式，综合了解释执行和即时编译两者的优点。它会先解释执行字节码，而后将其中反复执行的热点代码，以方法为单位进行即时编译。
运行效率
HotSpot 采用了多种技术来提升启动性能以及峰值性能，刚刚提到的即时编译便是其中最重要的技术之一。
即时编译建立在程序符合二八定律的假设上，也就是百分之二十的代码占据了百分之八十的计算资源。
对于占据大部分的不常用的代码，我们无需耗费时间将其编译成机器码，而是采取解释执行的方式运行；另一方面，对于仅占据小部分的热点代码，我们则可以将其编译成机器码，以达到理想的运行速度。
分层编译
从Java 7 开始，HotSpot 默认采用分层编译的方式：热点方法首先会被C1 编译，而后热点方法中的热点会进一步被C2 编译
- C1 又叫做Client 编译器，面向的是对启动性能有要求的客户端GUI 程序，采用的优化手段相对简单，因此编译时间较短。
- C2 又叫做Server 编译器，面向的是对峰值性能有要求的服务器端程序，采用的优化手段相对复杂，因此编译时间较长，但同时生成代码的
执行效率较高。
先快速启动，后慢慢提高峰值性能
二 类加载
从class 文件到内存中的类，按先后顺序需要经过加载、链接以及初始化三大步骤
2.1引用类型分类
Java 将其细分为四种：类、接口、数组类和泛型参数。由于泛型参数会在编译过程中被擦除，因此Java 虚拟机实际上只有前三种。在类、接口和数组类中，数组类是由Java 虚拟机直接生成的，其他两种则有对应的字节
流。
说到字节流，最常见的形式要属由Java 编译器生成的class 文件。除此之外，我们也可以在程序内部直接生成，或者从网络中获取（例如网页中内嵌的小程序Java applet）字节流。这些不同形式的字节流，都会被加载到Java 虚拟机中，成为类或接口.
无论是直接生成的数组类，还是加载的类，Java 虚拟机都需要对其进行链接和初始化。接下来，我会详细给你介绍一下每个步骤具体都在干些什么。
2.2加载
加载，是指查找字节流，并且据此创建类的过程。数组类是直接生成的，没有这一步!
启动类加载器
启动类加载器（boot classloader）。启动类加载器是由C++ 实现的，没有对应的Java 对象，因此在Java 中只能用null来指代。(所以我们找不到该对象)
在Java 9之前，启动类加载器负责加载最为基础、最为重要的类，比如存放在JRE 的lib 目录下jar 包中的类（以及由虚拟机参数-Xbootclasspath 指定的类(人工指定加载)）。除了启动类加载器之外，另外两个重要的类加载器是扩展类加载器（extension class loader）和应用类加载器（application class loader），均由Java 核心类库提供。
ClassLoader的各种子类
除了启动类加载器之外，其他的类加载器都是java.lang.ClassLoader 的子类，因此有对应的Java 对象。这些类加载器需要先由另一个类加载器，比如说启动类加载器，加载至Java 虚拟机中，方能执行类加载。(他们也要先被类加载器加载进来，才能去加载别的类)
- 扩展类加载器的父类加载器是启动类加载器。它负责加载相对次要、但又通用的类，比如存放在JRE 的lib/ext 目录下jar 包中的类（以及由系统变量java.ext.dirs 指定的类）。
- 应用类加载器的父类加载器则是扩展类加载器。它负责加载应用程序路径下的类。（这里的应用程序路径，便是指虚拟机参数-cp/-classpath、系统变量java.class.path 或环境变量CLASSPATH 所指定的路径。）
默认情况下，应用程序中包含的类便是由应用类加载器加载的。
双亲委派模型
每当一个类加载器接收到加载请求时，它会先将请求转发给父类加载器。在父类加载器没有找到所请求的类的情况下，该类加载器才会尝试去加载。
自定义类加载器
除了由Java 核心类库提供的类加载器外，我们还可以加入自定义的类加载器，来实现特殊的加载方式。举例来说，我们可以对class 文件进行加密，加载时再利用自定义的类加载器对其解密。
命名空间
除了加载功能之外，类加载器还提供了命名空间的作用。
在Java 虚拟机中，类的唯一性是由类加载器实例以及类的全名一同确定的。即便是同一串字节流，经由不同的类加载器加载，也会得到两个不同的类。在大型应用中，我们往往借助这一特性，来运行同一个类的不同版本。
2.3 链接
链接，是指将创建成的类合并至Java 虚拟机中，使之能够执行的过程。它可分为验证、准备以及解析三个阶段
验证阶段
在于确保被加载类能够满足Java 虚拟机的约束条件。
通常而言，Java 编译器生成的类文件必然满足Java 虚拟机的约束条件。
准备阶段
目的是为被加载类的静态字段分配内存（因为静态字段是属于类的)。Java 代码中对静态字段的具体初始化（不在本阶段！！！），则会在稍后的初始化阶段中进行。
除了分配内存外，部分Java 虚拟机还会在此阶段构造其他跟类层次相关的数据结构，比如说用来实现虚方法的动态绑定的方法表。
解析阶段
目的，正是将这些符号引用解析成为实际引用。如果符号引用指向一个未被加载的类，或者未被加载类的字段或方法，那么解析将触发这个类的加载（但未必触发这个类的链接以及初始化。）
编译期是符号引用
在class 文件被加载至Java 虚拟机之前，这个类无法知道其他类及其方法、字段所对应的具体地址，甚至不知道自己方法、字段的地址。因此，每当需要引用这些成员时，Java 编译器会生成一个符号引用。在运行阶段，这个符号引用一般都能够无歧义地定位到具体目标上。
举例来说，对于一个方法调用，编译器会生成一个包含目标方法所在类的名字、目标方法的名字、接收参数类型以及返回值类型的符号引用，来指代所要调用的方法。
Java 虚拟机规范并没有要求在链接过程中完成解析。它仅规定了：如果某些字节码使用了符号引用，那么在执行这些字节码之前，需要完成对这些符号引用的解析。
在执行调用指令前，它所附带的符号引用需要被解析成实际引用。对于可以静态绑定的方法调用而言，实际引用为目标方法的指针。对于需要动态绑定的方法调用而言，实际引用为辅助动态绑定的信息（方法表的索引）。
2.4 初始化
在Java 代码中，如果要初始化一个静态字段，我们可以在声明时直接赋值，也可以在静态代码块中对其赋值。
如果直接赋值的静态字段被final 所修饰，并且它的类型是基本类型或字符串时，那么该字段便会被Java 编译器标记成常量值（ConstantValue），其初始化直接由Java 虚拟机完成。除此之外的直接赋值操作，以及所有静态代码块中的代码，则会被Java 编译器置于同一方法中.换句话说该阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程
就是静态变量初始化（非final修饰的）
Java 虚拟机会通过加锁来确保类的方法仅被执行一次。只有当初始化完成之后，类才正式成为可执行的状态。
2.5 类的初始化何时会被触发
- 当虚拟机启动时，初始化用户指定的主类；
- 当遇到用以新建目标类实例的new 指令时，初始化new 指令的目标类；
- 当遇到调用静态方法的指令时，初始化该静态方法所在的类；
- 当遇到访问静态字段的指令时，初始化该静态字段所在的类；(
静态内部类实现单例原理) - 子类的初始化会触发父类的初始化
- 如果一个接口定义了default 方法，那么直接实现或者间接实现该接口的类的初始化，会触发该接口的初始化；
- 使用反射API 对某个类进行反射调用时，初始化这个类；
- 当初次调用MethodHandle 实例时，初始化该MethodHandle 指向的方法所在的类。
2.6 按顺序开始（交叉混合）
其中加载、检验、准备、初始化和卸载这个五个阶段的顺序是固定的，而解析则未必。为了支持动态绑定，解析这个过程可以发生在初始化阶段之后。另外，这个过程表示的是按顺序开始，不是所谓的第一步、第二步、第三步的关系，而往往是交叉混合进行，在一个阶段中可能调用或者激活另一个过程。
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