Java作为一种高级编程语言以其较高的可移植性被广泛使用在各个平台。那么它底层运行的原理是什么？

认识JRE和JDK

JRE（Java Runtime Environment）：Java运行时环境。Java的所有执行都离不开JRE。JRE包含了Java虚拟机和Java核心类库等。

JDK（Java Development Kit）：Java开发工具包。同样包含了JRE，并且还附带了一系列开发，诊断工具。

Java虚拟机具体是如何运行Java字节码的

  1. 执行Java代码首先要将它编译成class文件加载到Java虚拟机中。
  2. 加载后的Java类会被存放于方法区（Method Area）中。
  3. 实际运行时虚拟机会执行方法区中的代码。
  4. Java虚拟机会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：
      1. 面向Java方法的Java方法栈（也叫Java虚拟机栈）。
      2. 面向本地方法的本地方法栈（用C++写的Native方法）。
      3. 以及存放各个线程执行位置的PC寄存器。
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  1. 运行过程当中，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，用于存放局部变量以及字节码的操作数。这个栈帧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。

  2. 退出执行方法时，不管是正常还是异常都会弹出当前线程栈帧，并舍弃。

  3. 硬件执行是需要Java虚拟机将字节码翻译成为机器码：

    1. 解释执行：逐条将字节码翻译成为机器码并执行。优势：无需等待编译。
    2. 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为机器码后再执行。优势：实际运行速度更快
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HotSpot采用的是混合模式：会对热点代码进行即时编译（JIT）。

Java虚拟机的运行效率

二八定律：即时编译建立在程序符合二八定律的假设上，即百分之二十的代码占据了百分之八十的计算资源。

对于大部分不常用的代码，无需耗费时间将其编译成机器码，而是采取解释执行。

对于近占据小部分的热点代码，可以将其编译成为机器码。

即时编译器：C1,C2和Graal(Java10引入)

C1编译器：又叫Client编译器，面向的是对启动性能有要求的客户端GUI程序，采用的优化手段较少。

C2编译器：又叫Server编译器，面向的是对峰值性能有要求的服务器端程序，采用的优化手段较为复杂。编译时间长，但是生成的代码执行效率高。

Java7开始HotSpot默认采用的是分层编译：热点方法首先会被C1编译，而后热点中的热点会被C2进一步编译。

总结

  1. Java虚拟机Jvm：提供了可移植性：一次书写，处处运行。
  2. 代替我们管理了内存。
  3. 为了提高效率采用了混合编译。