本文是JVM入门教程的第一篇。在这篇博客中，将介绍JVM的基本结构和相关的概念，并通过一个简单的示例，演示java程序的运行过程。
如上图所示，java代码经过编译之后，产生了class文件。java程序运行时，JVM会为class文件分配一个内存空间，存储它运行时的信息，即JVM运行数据区。JVM运行数据区按照线程是否独占或共享，进一步划分为若干个不同的数据区域。其中，线程共享部分包括方法区和堆内存，线程独占部分包括虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。
简而言之，方法区主要用来存储class文件的一些数据，比如虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译过后的代码等数据。它是虚拟机规范中的一个逻辑区划。具体实现根据不同的虚拟而不同。比如HotSpot在java7中方法区放在永久代，java8中方法区放在元数据空间并且通过GC机制对这个区域进行管理。
类加载之后，我们就可能需要用这些类去创建一些对象。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。其中，堆内存还可以细分为老年代、新生代。
程序计数器是一块较小的内存空间，可以看作当前线程所执行的字节码的行号指示器，记录的是当前线程所执行的位置。CPU同一时间，只会执行一条线程中的指令，而线程切换后，通过线程独立的线程计数器所指向的字节码的行号，就能回到上次最后指向的位置，并且继续执行剩下的字节码。
每个线程都在这个这个空间有一个私有的空间。线程栈由多个栈帧组成。一个线程会执行一个或多个方法，一个方法对应着一个栈帧。栈帧的内容包含：局部变量表，操作数栈、动态连接、方法返回地址、附加信息等。栈内存默认最大是1M,超出则抛出StackOverflowError。
和虚拟机栈功能类似，虚拟机栈是为虚拟机执行java方法而准备的，本地方法栈是为虚拟机使用Native本地方法而准备的。他和虚拟机栈的实现一样，超出大小也会抛出StackOverflowError。具体实现由不同的虚拟机厂商决定。
- 系统: win10
- JDK：jdk1.8
- 16进制文件查看工具：winhex
在这里，我们定义了一个简单的java类Demo1,在类的main方法中，定义了简单的计算逻辑，我们可以很快地看出，打印出来的结果是55。但这不是重点，我们主要是用来展示java程序是如何在JVM中运行的。
publicclassDemo1{publicstaticvoidmain(String[] args){intx =500;inty =100;inta = x / y;intb =50; System.out.println; }}复制代码我们在命令行中定位到这个java文件所在，进行编译。
javacDemo1.java复制代码
class文件包含java程序代码执行的字节码，数据严格按照格式紧凑排列在class文件的二进制流，中间无任何分隔符。文件开头有一个0xcafebabe(16进制)特殊的标志。
为了更好地阅读class文件的内容，我们可以使用javap命令，解析这个文件，并将文件内容写到Demo1.txt中。
javap -v Demo1.classDemo1.txt复制代码在当前java文件所在的目录下，就会生成一个Demo1.txt文件，我们打开这个文件，文件的内容如下：
Classfile/C:/Java高级工程师项目/jvm_demo/Demo1.classLastmodified2020-8-22;size414bytesMD5checksumae6fa820973681b35609c75631cb255bCompiledfrom"Demo1.java"publicclassDemo1minor version:0major version:52flags:ACC_PUBLIC,ACC_SUPERConstant pool:5.#14 // java/lang/Object."init":()V15.#16 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;17.#18 // java/io/PrintStream.println:(I)V19 // Demo120 // java/lang/Object#6 = Utf8 init#7 = Utf8 ()V#8 = Utf8 Code#9 = Utf8 LineNumberTable#10 = Utf8 main#11 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V#12 = Utf8 SourceFile#13 = Utf8 Demo1.java6:#7 // "init":()V21 // java/lang/System22:#23 // out:Ljava/io/PrintStream;24 // java/io/PrintStream25:#26 // println:(I)V#19 = Utf8 Demo1#20 = Utf8 java/lang/Object#21 = Utf8 java/lang/System#22 = Utf8 out#23 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;#24 = Utf8 java/io/PrintStream#25 = Utf8 println#26 = Utf8 (I)V{publicDemo1();descriptor:()Vflags:ACC_PUBLICCode:stack=1,locals=1,args_size=10:aload_01:invokespecial#1 // Method java/lang/Object."init":()V4:returnLineNumberTable:line 1:0publicstaticvoidmain(java.lang.String[]);descriptor:([Ljava/lang/String;)Vflags:ACC_PUBLIC,ACC_STATICCode:stack=3,locals=5,args_size=10:sipush5003:istore_14:bipush1006:istore_27:iload_18:iload_29:idiv10:istore_311:bipush5013:istore415:getstatic#2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;18:iload_319:iload421:iadd22:invokevirtual#3 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V25:returnLineNumberTable:line 3:0line 4:4line 5:7line 6:11line 7:15line 8:25}SourceFile:"Demo1.java"复制代码我们先来看Classfile这部分内容：
Classfile /C:/Java高级工程师项目/jvm_demo/Demo1.classLast modified2020-8-22; size414bytes MD5 checksum ae6fa820973681b35609c75631cb255b Compiledfrom"Demo1.java"复制代码它描述了class文件所在的路径，最后的更新时间，所占字节大小，md5的校验码，以及指明了从哪个java文件编译过来。
publicclass Demo1minorversion表示次版本号，: 0majorversion: 52flags:ACC_PUBLIC, ACC_SUPER复制代码在这里，major version表示主版本号，minor version表示此版本号，flag表示访问标志，访问标志的含义可以参见下表。
Constant pool:#1 = Methodref14 // java/lang/Object."init":()V#2 = Fieldref16 // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;#3 = Methodref18 // java/io/PrintStream.println:(I)V#4 = Class#19 // Demo1#5 = Class#20 // java/lang/Object#6 = Utf8 init#7 = Utf8 ()V#8 = Utf8 Code#9 = Utf8 LineNumberTable#10 = Utf8 main#11 = Utf8 ([Ljava/lang/String;)V#12 = Utf8 SourceFile#13 = Utf8 Demo1.java#14 = NameAndType7 // "init":()V#15 = Class#21 // java/lang/System#16 = NameAndType23 // out:Ljava/io/PrintStream;#17 = Class#24 // java/io/PrintStream#18 = NameAndType26 // println:(I)V#19 = Utf8 Demo1#20 = Utf8 java/lang/Object#21 = Utf8 java/lang/System#22 = Utf8 out#23 = Utf8 Ljava/io/PrintStream;#24 = Utf8 java/io/PrintStream#25 = Utf8 println#26 = Utf8 (I)V复制代码这里存放的是类信息包含的静态常量，编译之后就能确认。这里使用的标识所对应的含义，参见下表。
我们对照着Demo1.java文件和Demo1.txt文件，参照上面的表格，可以看到常量池中存储着哪些常量： 比如，java默认都继承了Object类，所以这里会引用Object类和相关无参构造方法的常量，同时，我们在代码中使用了System.out.println()方法，所以也引用了System.out.println()方法相关的类、方法、字段等常量。然后，我们系统的编码是UTF-8,常量池中也会记录相关引用的UTF-8编码的字符串常量。（9中的LineNumberTable用来表示java源代码的行号和字节码指令的对应关系，都是一些默认的常量，在这里我们了解即可）
publicDemo1();descriptor:()Vflags:ACC_PUBLICCode:stack=1, locals=1, args_size=10:aload_01:invokespecial #1 // Method java/lang/Object."init":()V4:returnLineNumberTable:line1: 0复制代码这部分内容，描述的是class文件的构造方法信息。Demo1这个示例中，我们并没有写构造函数，由此可见，没有定义构造函数时，会有隐式的无参构造函数。flags中的ACC_PUBLIC表示是public类型，可以参考上面的class内容-基本信息的表格。code表示方法表。“stack=1, locals=1, args_size=1”分别表示，方法对应栈帧中操作数栈的深度是1，本地变量的个数是1，参数个数是1。本地变量和参数的个数都为1，是因为构造方法本身默认包含了this参数。
我们接着往下看。“0: aload_0” 表示从局部变量0中装载引用类型值入栈，在这里的局部变量0就是this变量，前面的数字，是偏移量。“1: invokespecial 1对应的方法，即Object的无参构造方法。“4: return”则表示void函数返回。"LineNumberTable"表示源代码与字节码指令的对应关系。“line 1: 0”说明源代码的第一行指向偏移量为0的字节码指令，在这里即是“0: aload_0”。
看到这里，可能有些同学会有一些困惑，偏移量到底是什么，是怎么计算来的。下面我来简单的说一下。
- 偏移量表示相对入口地址偏移，单位是字节。比如偏移量为1，则说明偏移了一个字节的地址。
- 下一个字节码的偏移量=当前偏移量+当前字节码的长度。
- 字节码长度=操作码所占字节个数+操作数所占字节个数