1.Java 虛擬機需要將字節碼翻譯成機器碼
在 HotSpot 裏面，有兩種形式：第一種是解釋執行，即逐條將字節碼翻譯成機器碼並執行；第二種是即時編譯（Just-In-Time compilation，JIT），即將一個方法中包含的所有字節碼編譯成機器碼後再執行。前者的優勢在於無需等待編譯，而後者的優勢在於實際運行速度更快。HotSpot默認採用混合模式，綜合瞭解釋執行和即時編譯兩者的優點。它會先解釋執行字節碼，而後將其中反覆執行的熱點代碼，以方法爲單位進行即時編譯。
2.HotSpot的即時編譯器
HotSpot 內置了多個即時編譯器：C1、C2 和 Graal。Graal 是 Java 10 正式引入的實驗性即時編譯器。之所以引入多個即時編譯器，是爲了在編譯時間和生成代碼的執行效率之間進行取捨。
C1 又叫做 Client 編譯器，面向的是對啓動性能有要求的客戶端 GUI 程序，採用的優化手段相對簡單，因此編譯時間較短。C2 又叫做 Server 編譯器，面向的是對峯值性能有要求的服務器端程序，採用的優化手段相對複雜，因此編譯時間較長，但同時生成代碼的執行效率較高。
從 Java 7 開始，HotSpot 默認採用分層編譯的方式：熱點方法首先會被 C1 編譯，而後熱點方法中的熱點會進一步被 C2 編譯。爲了不干擾應用的正常運行，HotSpot 的即時編譯是放在額外的編譯線程中進行的。HotSpot 會根據 CPU 的數量設置編譯線程的數目，並且按 1:2 的比例配置給 C1 及 C2 編譯器。在計算資源充足的情況下，字節碼的解釋執行和即時編譯可同時進行。編譯完成後的機器碼會在下次調用該方法時啓用，以替換原本的解釋執行。
3.類的初始化
類的初始化何時會被觸發呢？JVM 規範枚舉了下述多種觸發情況：
1.當虛擬機啓動時，初始化用戶指定的主類；
2.當遇到用以新建目標類實例的 new 指令時，初始化 new 指令的目標類；
3.當遇到調用靜態方法的指令時，初始化該靜態方法所在的類；當遇到訪問靜態字段的指令時，初始化該靜態字段所在的類；
4.子類的初始化會觸發父類的初始化；如果一個接口定義了 default 方法，那麼直接實現或者間接實現該接口的類的初始化，會觸發該接口的初始化；
5.使用反射 API 對某個類進行反射調用時，初始化這個類；當初次調用 MethodHandle 實例時，初始化該 MethodHandle 指向的方法所在的類。
4.異常處理
1.異常處理的兩大組成要素是拋出異常和捕獲異常。這兩大要素共同實現程序控制流的非正常轉移。
拋出異常可分爲顯式和隱式兩種。顯式拋異常的主體是應用程序，它指的是在程序中使用“throw”關鍵字，手動將異常實例拋出。
隱式拋異常的主體則是 Java 虛擬機，它指的是 Java 虛擬機在執行過程中，碰到無法繼續執行的異常狀態，自動拋出異常。舉例來說，Java 虛擬機在執行讀取數組操作時，發現輸入的索引值是負數，故而拋出數組索引越界異常（ArrayIndexOutOfBoundsException）。
2.捕獲異常則涉及瞭如下三種代碼塊:
try 代碼塊：用來標記需要進行異常監控的代碼。
catch 代碼塊：跟在 try 代碼塊之後，用來捕獲在 try 代碼塊中觸發的某種指定類型的異常。除了聲明所捕獲異常的類型之外，catch 代碼塊還定義了針對該異常類型的異常處理器。在 Java 中，try 代碼塊後面可以跟着多個 catch 代碼塊，來捕獲不同類型的異常。Java 虛擬機會從上至下匹配異常處理器。因此，前面的 catch 代碼塊所捕獲的異常類型不能覆蓋後邊的，否則編譯器會報錯。
finally 代碼塊：跟在 try 代碼塊和 catch 代碼塊之後，用來聲明一段必定運行的代碼。它的設計初衷是爲了避免跳過某些關鍵的清理代碼，例如關閉已打開的系統資源。
3.在 Java 語言規範中，所有異常都是 Throwable 類或者其子類的實例。Throwable 有兩大直接子類。第一個是 Error，涵蓋程序不應捕獲的異常。當程序觸發 Error 時，它的執行狀態已經無法恢復，需要中止線程甚至是中止虛擬機。第二子類則是 Exception，涵蓋程序可能需要捕獲並且處理的異常。
4.RuntimeException 和 Error 屬於 Java 裏的非檢查異常（unchecked exception）。其他異常則屬於檢查異常（checked exception）。在 Java 語法中，所有的檢查異常都需要程序顯式地捕獲，或者在方法聲明中用 throws 關鍵字標註。通常情況下，程序中自定義的異常應爲檢查異常，以便最大化利用 Java 編譯器的編譯時檢查。
5.Java 字節碼中，每個方法對應一個異常表。當程序觸發異常時，Java 虛擬機將查找異常表，並依此決定需要將控制流轉移至哪個異常處理器之中。Java 代碼中的 catch 代碼塊和 finally 代碼塊都會生成異常表條目。
5.反射
Method.invoke 實際上委派給 MethodAccessor 來處理。MethodAccessor 是一個接口，它有兩個已有的具體實現：一個通過本地方法來實現反射調用，另一個則使用了委派模式。
Java 的反射調用機制還設立了另一種動態生成字節碼的實現（下稱動態實現），直接使用 invoke 指令來調用目標方法。之所以採用委派實現，便是爲了能夠在本地實現以及動態實現中切換。
動態實現和本地實現相比，其運行效率要更快。這是因爲動態實現無需經過 Java 到 C++ 再到 Java 的切換，但由於生成字節碼十分耗時，僅調用一次的話，反而是本地實現更快。
考慮到許多反射調用僅會執行一次，Java 虛擬機設置了一個閾值 15（可以通過 -Dsun.reflect.inflationThreshold= 來調整），當某個反射調用的調用次數在 15 之下時，採用本地實現；當達到 15 時，便開始動態生成字節碼，並將委派實現的委派對象切換至動態實現，這個過程稱之爲 Inflation。
方法的反射調用會帶來不少性能開銷，原因主要有三個：變長參數方法導致的 Object 數組，基本類型的自動裝箱、拆箱，還有最重要的方法內聯。
6.Java 虛擬機中 synchronized 關鍵字的實現
Java 虛擬機中 synchronized 關鍵字的實現，按照代價由高至低可分爲重量級鎖、輕量級鎖和偏向鎖三種。
重量級鎖會阻塞、喚醒請求加鎖的線程。它針對的是多個線程同時競爭同一把鎖的情況。爲了儘量避免昂貴的線程阻塞、喚醒操作，Java 虛擬機會在線程進入阻塞狀態之前，以及被喚醒後競爭不到鎖的情況下，進入自旋狀態，在處理器上空跑並且輪詢鎖是否被釋放。如果此時鎖恰好被釋放了，那麼當前線程便無須進入阻塞狀態，而是直接獲得這把鎖。Java 虛擬機採取了自適應自旋（根據以往自旋等待時是否能夠獲得鎖，來動態調整自旋的時間（循環數目）），來避免線程在面對非常小的 synchronized 代碼塊時，仍會被阻塞、喚醒的情況。
輕量級鎖採用 CAS 操作，將鎖對象的標記字段替換爲一個指針，指向當前線程棧上的一塊空間，存儲着鎖對象原本的標記字段。它針對的是多個線程在不同時間段申請同一把鎖的情況。
偏向鎖只會在第一次請求時採用 CAS 操作，在鎖對象的標記字段中記錄下當前線程的地址。在之後的運行過程中，持有該偏向鎖的線程的加鎖操作將直接返回。它針對的是鎖僅會被同一線程持有的情況。
7.即時編譯
即時編譯是一項用來提升應用程序運行效率的技術。通常而言，代碼會先被 Java 虛擬機解釋執行，之後反覆執行的熱點代碼則會被即時編譯成爲機器碼，直接運行在底層硬件之上。
對於執行時間較短的，或者對啓動性能有要求的程序，採用編譯效率較快的 C1；。對於執行時間較長的，或者對峯值性能有要求的程序，採用生成代碼執行效率較快的 C2。
Java 虛擬機是根據方法的調用次數以及循環回邊的執行次數（在字節碼中，可以簡化理解爲往回跳轉的指令）來觸發即時編譯的。
8.方法內聯
方法內聯指的是：在編譯過程中遇到方法調用時，將目標方法的方法體納入編譯範圍之中，並取代原方法調用的優化手段。
在 C2 編譯器中，方法內聯是在解析字節碼的過程中完成的。每當碰到方法調用字節碼時，C2 將決定是否需要內聯該方法調用。如果需要內聯，則開始解析目標方法的字節碼。
方法內聯能夠觸發更多的優化。通常而言，內聯越多，生成代碼的執行效率越高。然而，對於即時編譯器來說，內聯越多，編譯時間也就越長，而程序達到峯值性能的時刻也將被推遲。此外，內聯越多也將導致生成的機器碼越長。在 Java 虛擬機裏，編譯生成的機器碼會被部署到 Code Cache 之中。這個 Code Cache 是有大小限制的（由 Java 虛擬機參數 -XX:ReservedCodeCacheSize 控制）。這就意味着，生成的機器碼越長，越容易填滿 Code Cache，從而出現 Code Cache 已滿，即時編譯已被關閉的警告信息（CodeCache is full. Compiler has been disabled）。因此，即時編譯器不會無限制地進行方法內聯。
內聯規則：
- 由 -XX:CompileCommand 中的 inline 指令指定的方法，以及由 @ForceInline 註解的方法（僅限於 JDK 內部方法），會被強制內聯。
- 如果調用字節碼對應的符號引用未被解析、目標方法所在的類未被初始化，或者目標方法是 native 方法，都將導致方法調用無法內聯。
- C2 不支持內聯超過 9 層的調用（可以通過虛擬機參數 -XX:MaxInlineLevel 調整），以及 1 層的直接遞歸調用（可以通過虛擬機參數 -XX:MaxRecursiveInlineLevel 調整）。
對於需要動態綁定的虛方法調用來說，即時編譯器則需要先對虛方法調用進行去虛化（devirtualize），即轉換爲一個或多個直接調用，然後才能進行方法內聯。
- 完全去虛化通過類型推導或者類層次分析，將虛方法調用轉換爲直接調用。它的關鍵在於證明虛方法調用的目標方法是唯一的。
- 條件去虛化通過向代碼中增添類型比較，將虛方法調用轉換爲一個個的類型測試以及對應該類型的直接調用。它將藉助 Java 虛擬機所收集的類型 Profile。
9.JNI
Java 虛擬機會將所有 JNI 函數的函數指針聚合到一個名爲JNIEnv的數據結構之中。這是一個線程私有的數據結構。Java 虛擬機會爲每個線程創建一個JNIEnv，並規定 C 代碼不能將當前線程的JNIEnv共享給其他線程，否則 JNI 函數的正確性將無法保證。
JNI 中的引用可分爲局部引用和全局引用。這兩者都可以阻止垃圾回收器回收被引用的 Java 對象。不同的是，局部引用在 native 方法調用返回之後便會失效。傳入參數以及大部分 JNI API 函數的返回值都屬於局部引用。
10元註解
- @Target註解
Target註解的作用是：描述註解的使用範圍（即：被修飾的註解可以用在什麼地方） 。 - @Retention註解
Reteniton註解的作用是：描述註解保留的時間範圍（即：被描述的註解在它所修飾的類中可以被保留到何時） 。 - @Documented註解
Documented註解的作用是：描述在使用 javadoc 工具爲類生成幫助文檔時是否要保留其註解信息。 - @Inherited註解
Inherited註解的作用是：使被它修飾的註解具有繼承性（如果某個類使用了被@Inherited修飾的註解，則其子類將自動具有該註解）。