为什么 Java 要在虚拟机里运行？
先说结论：
- 可以一次编译，在各个硬件平台如 Windows_x64、Linux_aarch64）都可以执行
- 建立一个托管环境（Managed Runtime），这个托管环境能够代替我们处理一些代码中冗长而且容易出错的部分。其中最广为人知的当属自动内存管理与垃圾回收，这部分内容甚至催生了一波垃圾回收调优的业务。除此之外，托管环境还提供了诸如数组越界、动态类型、安全权限等等的动态检测，使我们免于书写这些无关业务逻辑的代码。
Java 作为一门高级程序语言，它的语法非常复杂，抽象程度也很高。因此，直接在硬件上运行这种复杂的程序并不现实。所以呢，在运行 Java 程序之前，我们需要对其进行一番转换。
这个转换具体是怎么操作的呢？
当前的主流思路是这样子的，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。
这里顺便说一句，之所以这么取名，是因为 Java 字节码指令的操作码（opcode）被固定为一个字节。
Java 虚拟机可以由硬件实现，但更为常见的是在各个现有平台（如 Windows_x64、Linux_aarch64）上提供软件实现。这么做的意义在于，一旦一个程序被转换成 Java 字节码，那么它便可以在不同平台上的虚拟机实现里运行。这也就是我们经常说的“一次编写，到处运行”。
Java 虚拟机具体是怎样运行 Java 字节码的？
先说结论
总的运行流程如下：
详细流程如下：
所有的Java程序代码必须保存在.java的文件之中，这些称为源代码。而这些源代码并不能够直接执行，必须使用javac.exe命令将其编译为.class文件，而后利用java.exe命令在JVM进程之中解释此程序到各个硬件平台能识别的机器指令并运行在硬件平台中。
即 首先Java源代码文件(.java后缀)会被Java编译器编译为字节码文件(.class后缀)，然后由JVM中的类加载器加载各个类的字节码文件，加载完毕之后，交由JVM执行引擎执行。
在整个程序执行过程中，JVM会用一段空间来存储程序执行期间需要用到的数据和相关信息，这段空间一般被称作为Runtime Data Area（运行时数据区），也就是我们常说的JVM内存。因此，在Java中我们常常说到的内存管理就是针对这段空间进行管理（如何分配和回收内存空间）。
一些命令：
要想编译和运行java文件，很简单，只需要两个命令：
1.javac：作用：编译java文件；使用方法: javac Hello.java ，如果不出错的话，在与Hello.java 同一目录下会生成一个Hello.class文件，这个class文件是操作系统能够使用和运行的文件。
2.java： 作用：运行.class文件；使用方法：java Hello,如果不出错的话，会执行Hello.class文件。注意：这里的Hello后面不需要扩展名。默认执行的是类的main方法
当我们用java命令运行某个类的main函数启动程序时，首先需要通过类加载器把该类加载到JVM。
其主要流程如下：
然后聊一下设计明细
从虚拟机视角来看，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 类会被存放于方法区（Method Area）中。实际运行时，虚拟机会执行方法区内的代码。
如果你熟悉 X86 的话，你会发现这和段式内存管理中的代码段类似。而且，Java 虚拟机同样也在内存中划分出堆和栈来存储运行时数据。
不同的是，Java 虚拟机会将栈细分为面向 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，以及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。这个栈帧的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。
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。
从硬件视角来看，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。
在 HotSpot 里面，上述翻译过程有两种形式：第一种是解释执行，即逐条将字节码翻译成机器码并执行；第二种是即时编译（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。
前者的优势在于无需等待编译，而后者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。