JVM（Java虚拟机）是一个运行在计算机上的程序，负责解释和执行Java字节码文件。其核心功能包括：实时解释字节码为机器码、自动管理内存（分配与垃圾回收）以及通过即时编译（JIT）优化热点代码，提升执行效率。JVM通过“一次编写，到处运行”实现跨平台。常见的JVM实现包括Oracle HotSpot、OpenJDK HotSpot、GraalVM、Alibaba Dragonwell和Eclipse OpenJ9等，其中HotSpot使用最广泛。

1、什么是JVM

JVM 全称是 Java Virtual Machine，中文译名 Java虚拟机。JVM 本质上是一个运行在计算机上的程序，他的职责是运行Java字节码文件。

什么是字节码文件

字节码文件是什么（用一句话抓住本质）字节码文件 = “介于源码和机器码之间的中间产物” Java 源码 Hello.java →（javac 编译）→ Hello.class（字节码）→（JVM 解释/即时编译）→ 机器码执行。

你可以把它理解成：

• 源码：你写的业务逻辑（人类可读）
• 字节码：统一格式的“半成品指令”（跨平台、给 JVM 用）
• 机器码：最终跑在 CPU 上的指令（跟平台强相关）

Java源代码执行流程如下：

分为三个步骤：

1. 编写Java源代码文件。
2. 使用Java编译器（javac命令）将源代码编译成Java字节码文件。
3. 使用Java虚拟机加载并运行Java字节码文件，此时会启动一个新的进程。

2、JVM的功能

• 1 - 解释和运行
• 2 - 内存管理
• 3 - 即时编译

2.1、解释和运行

对字节码文件中的指令，实时的解释成机器码，让计算机执行。
字节码文件中包含了字节码指令，计算器无法直接执行，Java虚拟机会将字节码文件中的字节码指令实时地解释成机器码，机器码是计算机可以运行的指令。

2.2、内存管理

• 自动为对象、方法等分配内存
• 自动的垃圾回收机制，回收不再使用的对象

Java虚拟机会帮助程序员为对象分配内存，同时将不用的对象使用垃圾回收器回收掉，这是对比C和C++这些语言的一个优势。在C/C++语言中，对象的回收需要程序员手动去编写代码完成，如果遗漏了这段删除对象的代码，这个对象就会永远占用内存空间，不会再回收。所以JVM的这个功能降低了程序员编写代码的难度。

2.3、即时编译

对热点代码进行优化，提升执行效率。即时编译可以说是提升Java程序性能最核心的手段。

Java性能低的主要原因和跨平台特性

Java语言如果不做任何的优化，性能其实是不如C和C++语言的。主要原因是：

在程序运行过程中，Java虚拟机需要将字节码指令实时地解释成计算机能识别的机器码，这个过程在运行时可能会反复地执行，所以效率较低。

C和C++语言在执行过程中，只需要将源代码编译成可执行文件，就包含了计算机能识别的机器码，无需在运行过程中再实时地解释，所以性能较高。

Java为什么要选择一条执行效率比较低的方式呢？主要是为了实现跨平台的特性。Java的字节码指令，如果希望在不同平台（操作系统+硬件架构），比如在windows或者linux上运行。可以使用同一份字节码指令，交给windows和linux上的Java虚拟机进行解释，这样就可以获得不同平台上的机器码了。这样就实现了Write Once，Run Anywhere 编写一次，到处运行 的目标。

但是C/C++语言，如果要让程序在不同平台上运行，就需要将一份源代码在不同平台上分别进行编译，相对来说比较麻烦。

再回到即时编译，在JDK1.1的版本中就推出了即时编译去优化对应的性能。

虚拟机在运行过程中如果发现某一个方法甚至是循环是热点代码（被非常高频调用），即时编译器会优化这段代码并将优化后的机器码保存在内存中，如果第二次再去执行这段代码。Java虚拟机会将机器码从内存中取出来直接进行调用。这样节省了一次解释的步骤，同时执行的是优化后的代码，效率较高。

Java通过即时编译器获得了接近C/C++语言的性能，在某些特定的场景下甚至可以实现超越。

1.3、常见的JVM

3.1、Java虚拟机规范

• 《Java虚拟机规范》由Oracle制定，内容主要包含了Java虚拟机在设计和实现时需要遵守的规范，主要包含class字节码文件的定义、类和接口的加载和初始化、指令集等内容。
• 《Java虚拟机规范》是对虚拟机设计的要求，而不是对Java设计的要求，也就是说虚拟机可以运行在其他的语言比如Groovy、Scala生成的class字节码文件之上。
• 官网地址：https://docs.oracle.com/javase/specs/index.html

3.2、Java虚拟机规范

平时我们最常用的，就是Hotspot虚拟机

主流Java虚拟机对比表

名称	作者	支持版本	社区活跃度（github star）	特性	适用场景
HotSpot (Oracle JDK版)	Oracle	所有版本	高(闭源)	使用最广泛，稳定可靠，社区活跃，JIT支持，Oracle JDK默认虚拟机	默认通用场景
HotSpot (Open JDK版)	Oracle	所有版本	中(16.1k)	同上、开源，Open JDK默认虚拟机	默认通用、对JDK有二次开发需求
GraalVM	Oracle	11, 17, 19；企业版支持8	高 (18.7k)	多语言支持、高性能、JIT、AOT支持	微服务、云原生架构、需要多语言混合编程
Dragonwell JDK龙井	Alibaba	标准版 8,11,17；扩展版11,17	低(3.9k)	基于OpenJDK的增强，高性能、bug修复、安全性提升；支持JWarmup、ElasticHeap、Wisp特性	电商、物流、金融领域，对性能要求比较高
Eclipse OpenJ9 (原 IBM J9)	IBM	8,11,17,19,20	低(3.1k)	高性能、可扩展JIT、AOT特性支持	微服务、云原生架构