1、类文件结构，虚拟机接受Class字节码文件，是与操作系统和机器指令集无关的、平台中立的格式，其他语言也可以编译成Class文件，字节码命令所能提供的语义描述能力比Java语言更加强大。Class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流，只有无符号数和表两种数据类型，有如下一些组成部分：
（1）魔数与Class文件版本：魔数唯一作用是确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的Class文件，0xCAFEBABE；
（2）常量池：存放字面量和符号引用，字面量如文本字符串、声明为final的常量值等；符号引用包括类和接口的全限定名、字段的名称和描述符（数据类型）、方法的名称和描述符（参数列表和返回值）。Class文件中不会保存各个方法和字段的内存信息，虚拟机运行时，从常量池获得符号引用，在类创建或运行时解析，得到具体的内存地址；
（3）访问标志：这个Class文件是类还是接口，是否为public、abstract、final等；
（4）类索引、父类索引和接口索引集合：类的全限定名、父类的全限定名、实现了哪些接口；
（5）字段表集合：类变量和实例变量（不包括局部变量）的修饰符、字段名称和描述符（数据类型）的地址，引用常量池中的符号引用、属性表集合；
（6）方法表集合：访问标志、方法名称和描述符（参数列表和返回值）地址、属性表集合，方法里的Java代码，经过编译器编译成字节码指令后，存放在方法属性表集合中的“Code”属性里；
（7）属性表集合：有Code、Exceptions、LocalVariableTable、ConstantValue（通知虚拟机自动为static变量赋值）、Signature（记录泛型信息）等很多属性；
2、字节码指令
（1）大部分指令都没有支持byte、char、short，没有任何指令支持boolean，在编译器或运行期会扩展为int；
（2）没有直接支持byte、short、char和boolean的算术指令；
（3）窄化类型转换要用显示转换指令；
（4）同步指令用管程（Monitor）来支持，同步方法会设置方法表集合中的ACC_SYNCHRONIZED访问标志，如果设置了，执行线程要先持有管程；synchronized块使用虚拟机指令集中的monitorenter和monitorexit指令；
3、虚拟机类加载机制
类的生命周期包括加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载七个阶段，验证、准备和解析阶段统称为连接，解析阶段可能在初始化之后（动态绑定）；
何时初始化：new、使用类静态字段（static final的，已在编译期放入常量池的除外）、使用类静态方法、反射调用、父类未初始化（是类不是接口）则先触发父类的初始化、执行main()方法的类；
有一些需要注意的情况：【1】子类引用父类的静态字段，子类不会初始化【2】定义类的数组不会初始化【3】使用进入常量池的静态变量不会初始化【4】接口初始化，不要求父接口初始化，实际使用父接口时才初始化；
（1）加载：通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流（不一定是Class文件，还可以是ZIP包、网络、运行时计算生成的，即动态代理、数据库等），将字节流转化为方法区的运行时数据结构，在内存中生成一个Class对象，作为类的访问入口；
（2）验证：文件格式、元数据（语义）、字节码、符号引用验证等；
（3）准备：为类变量分配内存，设置初始值，仅包括static变量，不包括实例变量，赋零值，即0、false等。如果是static final的在字段属性表中存在ConstantValue属性，会赋给定的值；
（4）解析：将常量池内的符号引用替换为直接引用，即定位方法的地址，可能在初始化阶段之后执行；
（5）初始化：执行类构造器<clinit>()方法，包括static变量的赋值和静态语句块。定义在static语句块之后的static变量，static语句块可以赋值，但不能访问。父类的<clinit>()方法先执行，执行接口的<clinit>()方法无需执行父接口的<clinit>()方法；
4、类加载器
两个类是否相等首先比较类加载器是否相等；
可以分为两类：启动类加载器，用C++实现，是虚拟机一部分；另一种继承自抽象类java.lang.ClassLoader，用Java实现，独立于虚拟机外部；
细致地可以分为启动类加载器（需要把请求委派给它使用null）、扩展类加载器、应用程序类加载器；
双亲委派模型：类加载器收到类加载请求，委派给父类加载器去完成，父类无法加载才由子类加载，最终由启动类加载器去加载，确保类的一致性；
破坏双亲委派模型：即父类加载器请求子类加载器去加载，如OSGi，Java模块化的标准，类加载器成网状，每个模块连同类加载器一起替换；
5、栈帧
（1）局部变量表：以slot为单位（32位），每个long、double分配两个slot，由于是线程私有，没有高低位不一致的问题。非线程安全的场合会高低位不一致，可以用64位JVM；
局部变量表的第0个slot是this，没有准备阶段，要给局部变量赋值；
（2）操作数栈：执行iadd等字节码指令；
（3）方法返回地址；
（4）动态连接：类加载阶段的解析是静态解析，另一部分在运行时转化为直接应用。一切方法在Class文件里都是符号引用，在类加载或运行时确定直接引用；
6、分派
（1）重载，静态分派：Human man = new Man()，Human是变量的静态类型，编译期可知；Man是实际类型，运行时确定。重载根据参数的静态类型选择执行的方法，例如执行sayHello(man)会执行sayHello(Human guy)；
（2）重写，动态分派：运行期根据变量的实际类型选择执行的方法，例如man.sayHello()会执行Man类的sayHello()；
7、编译期优化
（1）泛型与类型擦除：编译时擦除类型，强转，在Signature中保留泛型信息，如下代码不能被编译；
public static void method(List<String> list){}
public static void method(List<Integer> list){}
（2）包装类的“==”只有在遇到算术运算和数值时才自动拆箱；