Java被称为是一个人类可读的编程语言，其主要特点是基于类和面向对象，Java的开源版本被称为OpenJDK。Java编程环境由两个部分组成：Java语言和运行环境，运行环境也称为Java虚拟机（JVM），JVM是一个为执行Java程序提供运行时环境的程序。本文主要探讨JVM的实现机制。
什么是JVM解释之前，先上一张图吓一下大家：
这张图中我们需要注意的是，JVM的核心组件包括三个部分：Heap, JIT Compiler, GC, 当我们要优化JVM的性能的时候主要调优的目标是这三个组件。
JVM负责解释执行字节码文件，所有平台上的JVM向编译器提供相同的编程接口，而编译器只需要面向虚拟机，生成虚拟机能理解的代码，然后由虚拟机来解释执行。JVM是一个为执行Java程序提供运行时环境的程序。没有JVM，Java程序也就不能执行。一个Java程序通常通过以下的方式执行：
java <arguments> <program name>
首先操作系统会启动JVM进程为Java程序提供运行时环境，然后会在刚启动的虚拟机中执行我们的Java程序。需要注意的是，Java程序首先要被转换（编译）成Java字节码（bytecode），JVM上运行的是Java字节码程序。JVM可以看成是一个JAVA字节码程序解释器。
Write Once, Run anywhere
当使用Java编译器编译Java程序时，生成的是与平台无关的字节码，这些字节码不面向任何具体平台，它只面向JVM。不同平台的JVM都是不同的，但它们都提供了相同的接口。JVM是Java程序跨平台的关键部分，只要为不同平台实现了相应的虚拟机，编译后的Java字节码就可以在该平台上运行。
JVM收集运行时信息以为如何执行代码做出更好的决策。这意味着JVM能够自动模拟和优化运行在它上面的程序。JVM在Java程序和操作系统间形成了一个中间层，使得开发者不用过多的处理和操作系统相关的具体细节问题。
JVM的另一个好处是，任何能够编译成字节码的语言都可以在它上面运行，不仅仅是Java，比如Groovy, Scala和Clojure这些基于JVM的语言。这也意味着，这些语言可以轻松的使用其他语言写的函数库。例如一个Scala开发者可以调用Java库，因为他们运行在相同的平台上。
从实际硬件上隔离出来，意味着Java代码就像一个沙盒，这可以避免一运行有害代码对机器硬件造成的伤害。安全性是JVM的主要好处之一。需要注意的是，并不是所有的JVM都是相同的，在Oracle的标准JVM实现标准之上还存在很多其他的实现方式。而我们主要讨论的是HotSport JVM，这也是OpenJDK和Oracle JVM的实现基础。
JIT - Just In Time正如我们之前讨论的，JVM运行的是字节码。但是，如果有一段代码会被频繁的执行，那么JVM可以决定将这段代码编译为机器码（native code）以加快这段代码的执行速度。JIT可编译的最小执行块是一个方法。默认情况下，一个代码块需要被执行1500次才会被JIT编译，这个次数是可配置的。利用JIT机制可以有效的提升系统的性能，但是，JIT编译并不是无代价的，其需要耗费额外的系统资源和时间。
Java内存管理和GC在Java中，对象所占用的内存在对象不再使用后会自动被回收。这些工作是由一个叫垃圾回收器Garbage Collector的进程完成的。相比较C/C++程序而言，你必须手动调用free()函数或delete操作符来回收内存。在这里我们主要讨论的是HotSpot JVM（这也是OpenJDK和Oracle Java的实现基础），事实上，还有很多其他的JVM实现方式。
GC的优缺点好处是
开发者无需过问内存管理，可以专注于解决实际问题。虽然内存泄露仍有可能会发生，但发生的概率比较小。
GC的智能算法可以在后台自动的进行内存管理，且这种管理在大多数时候是最佳的。
坏处是
当垃圾回收发生时，它会影响程序的性能，甚至会暂停程序的执行。这个被称为“Stop the world”垃圾回收机制，整个程序进程会被暂停以等待垃圾回收执行完。对某些应用而言，这可能是无法接受的。
开发者并不能指定何时或使用何种方法执行GC。
Generational GC在了解更多关于GC的问题之前有必要理解Java内存中的堆区（Heap）事如何工作的。所有的对象都存在于堆中（与此对应的是栈，这里初访者变量和方法，以及堆中对象的引用）。垃圾回收的过程也就是将堆区中不再需要对象清除的过程。几乎所有的GCs都是“分代的（generational）”，也就是说堆区会划分成很多的区块，也称为代。Hotspot的堆结构如下图所示：
