Java代码有多种不同的运行方式：在开发工具中运行，双击执行jar文件运行，在命令行中(java -jar xxx.jar)运行，在网页中(Applet)运行。这些执行方式都离不开JRE-Java运行时环境。
- JVM，Java虚拟机
- JRE，Java运行时环境，包括JVM和Java核心类库
- JDK，Java开发工具表，包括JRE和一系列开发、诊断工具
Java要在虚拟机里运行
Java是一门高级程序语言，不能直接在硬件上运行，需要进行转换。通过编译器将Java程序转换成虚拟接所能识别的指令序列-Java字节码(Java字节码指令的操作码opcode被固定为一个字节)。
C++的策略是直接编译成目标架构的机器码，Java的策略是编译成一个虚拟架构的机器码(将虚拟机当做一个机器，所接收的代码格式-“机器码”。Java虚拟机的机器码-Java字节码)。
可移植性
Java虚拟机可以由硬件实现(Java processor)，也可在各个现有平台上(Windows_x64、Linux_aarch64)提供软件实现(JRE)。一旦一个程序被转换成Java字节码，便可以在不同平台上的虚拟机实现里运行-一次编写，到处运行。
代码托管环境
虚拟机带来了一个托管环境-Managed Runtime。这个托管环境能够处理一些代码中冗长而且容易出错的部分，如自动内存管理、垃圾回收以及数组越界、动态类型、安全权限等动态监测。
Java虚拟机运行Java字节码
HotSpot虚拟机为例。
HotSpot是JVM中的引擎，JDK中用C++写的部分。
从虚拟机视角
从虚拟机视角，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。(与X86的段式内存管理中的代码段类似)
Java虚拟机在内存中划分出堆(存放Java对象)和栈来存储运行时数据。并且会将栈细分为面向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、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。栈帧的大小是提前计算好的，并且JVM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。
从硬件视角
从硬件视角，Java字节码无法直接执行。Java虚拟机需要将字节码翻译成机器码。
在HotSpot里，有两种翻译形式：
- 解释执行，逐条将字节码翻译成机器码并执行；
- 即时编译(Just-In-Time compilation,JIT)，将一个方法中包含的所有字节码编译成机器码后再执行(重启后需要重做)。
AOT(ahead of time compilation)线下编译
解释执行无需等待编译，即时编译实际运行速度更快。HotSpot默认采用混合模式，综合两者优点。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。
JVM两种编译方式：
- 整个方法进行编译
- 热循环进行编译-on stack replacement
Java虚拟机的运行效率
HotSpot采用多种技术提升启动性能以及峰值性能。
即时编译建立在程序符合二八定律的假设上，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，才去解释执行的方式运行(多次调用多次解释执行)；对于仅占据小部分的热点代码，将其编译成机器码，以达到理想的运行速度。
即时编译拥有程序的运行时信息，能够根据这个信息作出相应优化(多态-虚方法调用开销，多个目标方法只调用其中一个)，执行效率可能超过静态编译。峰值性能更好。
HotSpot内置即时编译器：C1、C2、Graal(Java 10)。
- C1，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，编译时间较短。
- C2，Server编译器。面向的是对峰值性能有要求的服务端程序，采用的优化手段相对复杂，便是时间较长，但生成代码的执行效率较高。
HotSpot默认采用分层编译的方式(Java 7)：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(默认的分层编译，达到两千调C1，达到一万五调C2)。即时编译是放在额外的编译线程中进行的，不干扰应用的正常运行。根据CPU的数量设置编译线程的数目，按1:2的比例配置给C1及C2编译器。
热点代码：
- 基于采样的热点探测
- 基于计数器的热点探测
- 方法调用计数器(JVM采用)
- 回边计数器
字节码的解释执行和即时编译可同时执行。编译完成后的机器码会在下次调用该方法时启用，替换原本的解释执行。