编译执行

 直接将代码编译成 CPU 所能理解的代码格式，机器码。
 比如下图的中间列，就是用 C 语言写的 Helloworld 程序的编译结果。可以看到，C 程序编译而成的机器码就是一个个的字节，它们是给机器读的。那么为了让开发人员也能够理解，我们可以用反汇编器将其转换成汇编代码（如下图的最右列所示）。

; 最左列是偏移；中间列是给机器读的机器码；最右列是给人读的汇编代码
0x00:  55                    push   rbp
0x01:  48 89 e5              mov    rbp,rsp
0x04:  48 83 ec 10           sub    rsp,0x10
0x08:  48 8d 3d 3b 00 00 00  lea    rdi,[rip+0x3b] 
                                    ; 加载 "Hello, World!\n"
0x0f:  c7 45 fc 00 00 00 00  mov    DWORD PTR [rbp-0x4],0x0
0x16:  b0 00                 mov    al,0x0
0x18:  e8 0d 00 00 00        call   0x12
                                    ; 调用 printf 方法
0x1d:  31 c9                 xor    ecx,ecx
0x1f:  89 45 f8              mov    DWORD PTR [rbp-0x8],eax
0x22:  89 c8                 mov    eax,ecx
0x24:  48 83 c4 10           add    rsp,0x10
0x28:  5d                    pop    rbp
0x29:  c3                    ret

Java 为什么要在虚拟机里运行

 高级程序语言的抽象程度高，无法直接在硬件上运行复杂的程序，所以在 Java 程序运行之前，需要对其进行一番转换。
 为了实现这个转换的操作，设计一个面向 Java 语言特性的虚拟机，并通过编译器将 Java 程序转换成该虚拟机所能识别的指令序列，也称Java 字节码（Java 字节码指令的操作码（opcode）被固定为一个字节）。
 举例来说，下图的中间列，正是用 Java 写的 Helloworld 程序编译而成的字节码。可以看到，它与 C 版本的编译结果一样，都是由一个个字节组成的。并且，我们同样可以将其反汇编为人类可读的代码格式（如下图的最右列所示）。不同的是，Java 版本的编译结果相对精简一些。这是因为 Java 虚拟机相对于物理机而言，抽象程度更高。

# 最左列是偏移；中间列是给虚拟机读的机器码；最右列是给人读的代码
0x00:  b2 00 02         getstatic java.lang.System.out
0x03:  12 03            ldc "Hello, World!"
0x05:  b6 00 04         invokevirtual java.io.PrintStream.println
0x08:  b1     

Java 虚拟机实现的方式

 Java 虚拟机可以由硬件实现 ，之所以操作软件现实的意义在于write once run anywhere。
 Java 虚拟机同时带来了一个托管环境（Managed Runtime）。它能够代替我们处理一些代码中冗长而且容易出错的部分。自动内存管理与垃圾回收，如数组越界、动态类型、安全权限等等的动态检测，托管环境可以使开发者可以更聚焦于业务。

Java 虚拟机运行 Java 字节码过程（HotSpot）

虚拟机视角

1. 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
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内的代码。

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成机器码。

 解释执行的优势在于无需等待编译，而编译执行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。

* 解释执行：即逐条将字节码翻译成机器码并执行
* 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。

Java 虚拟机的运行效率

 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。

即时编译优于静态编译
 理论上讲，即时编译后的 Java 程序的执行效率，是可能超过 C++ 程序的。这是因为与静态编译相比，即时编译拥有程序的运行时信息，并且能够根据这个信息做出相应的优化。

Java 虚拟机内置多个即时编译器应对不同场景

 为了满足不同用户场景的需要，HotSpot 内置了多个即时编译器：C1、C2 和 Graal。Graal 是 Java 10 正式引入的实验性即时编译器.之所以引入多个即时编译器，是为了在编译时间和生成代码的执行效率之间进行取舍。
 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。为了不干扰应用的正常运行，HotSpot 的即时编译是放在额外的编译线程中进行的。HotSpot 会根据 CPU 的数量设置编译线程的数目，并且按 1:2 的比例配置给 C1 及 C2 编译器。在计算资源充足的情况下，字节码的解释执行和即时编译可同时进行。编译完成后的机器码会在下次调用该方法时启用，以替换原本的解释执行。

C1
 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
 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。