Java虛擬機（JVM）是一種虛擬機，使計算機運行的Java程序，以及寫在程序的其他語言，它們也編譯成Java字節碼。通過規范詳細描述了JVM，該規范正式描述了JVM實現中的要求。有了規范，可以確保Java程序在不同實現中的互操作性，因此使用Java開發工具包（JDK）的程序作者不必擔心基礎硬件平臺的特性。

Java虛擬機參考實現由OpenJDK項目作為開放源代碼開發，并包括一個稱為HotSpot的JIT編譯器。Oracle Corporation提供的商業支持的Java版本基于OpenJDK運行時。Eclipse?OpenJ9是OpenJDK的另一個開源JVM。

Java虛擬機是由規范定義的抽象（虛擬）計算機。沒有指定使用的垃圾收集算法以及Java虛擬機指令的任何內部優化（將其翻譯成機器代碼）。忽略的主要原因是不要不必要地限制實施者。任何Java應用程序都只能在Java虛擬機抽象規范的某些具體實現中運行。

從Java Platform Standard Edition（J2SE）5.0開始，在Java Community Process下開發了對JVM規范的更改，稱為JSR924。從2006年開始，對規范的更改以支持對類文件格式（JSR）提出的更改。被完成為JSR 924的維護版本為JVM的規范發布的藍皮書，所述的前言中指出：

我們希望該規范應充分記錄Java虛擬機，以使兼容的潔凈室實現成為可能。Oracle提供的測試可以驗證Java虛擬機實現的正確運行。

Oracle的Java虛擬機之一名為HotSpot，而從BEA Systems繼承的另一個JVM為JRockit。潔凈室Java實現包括Kaffe，OpenJ9和Skelmir的CEE-J。Oracle擁有Java商標，并且可以允許其用于證明實施套件與Oracle規范完全兼容。

類是Java虛擬機字節碼的組織單位之一。類加載器的實現必須能夠識別并加載符合Java類文件格式的任何內容。任何實現都可以自由識別除類文件之外的其他二進制形式，但必須識別類文件。

類加載器按此嚴格順序執行三個基本活動：

1. 加載：查找并導入類型的二進制數據
2. 鏈接：執行驗證，準備和（可選）解析
   • 驗證：確保導入類型的正確性
   • 準備：為類變量分配內存并將內存初始化為默認值
   • 解決：將符號引用從類型轉換為直接引用。
3. 初始化：調用將類變量初始化為其正確起始值的Java代碼。

通常，類加載器有兩種類型：引導類加載器和用戶定義的類加載器。

每個Java虛擬機實現都必須具有一個引導類加載器，該加載器能夠加載受信任的類。Java虛擬機規范未指定類加載器應如何定位類。

Java虛擬機對原始值（整數和浮點數）和引用進行操作。JVM基本上是32位計算機。本機支持64位long和double類型的類型，但是它們消耗幀的局部變量或操作數堆棧中的兩個存儲單元，因為每個單元都是32位。boolean、byte、short和char類型都是符號擴展（除char其是零擴展）和作為32位整數，相同操作int的類型。較小的類型僅具有一些特定于類型的指令，用于加載、存儲和類型轉換。boolean以8位byte值操作，0代表false1代表true。（雖然boolean一直被當成因為類型的Java虛擬機規范，第二版澄清了這個問題，在編譯和執行的代碼是有區別不大boolean并且byte除了名字改編的方法簽名和布爾陣列的類型。booleanS IN方法簽名錯位作為Z而bytes的錯位如B布爾陣列攜帶型boolean[]，但每個元件使用8位，Java虛擬機已經沒有內置的能力收拾布爾值到一個位陣列，因此除了他們執行和行為的類型與byte數組相同。在所有其他用途中，booleanJVM實際上不知道type類型，因為所有對布爾值進行操作的指令也都用于對bytes進行操作。）

Java虛擬機具有用于收集對象和數組的垃圾回收堆。代碼、常量和其他類別數據存儲在“方法區域”中。方法區域在邏輯上是堆的一部分，但是實現可以將方法區域與堆分開對待，例如，可能不會對其進行垃圾回收。每個JVM線程還具有自己的調用堆棧（為清楚起見，稱為“ Java虛擬機堆棧”），該堆棧存儲框架。每次調用方法時都會創建一個新框架，并且該方法退出時該框架將被銷毀。

每個框架提供一個“操作數堆棧”和一個“局部變量”數組。操作數棧用于計算操作數和接收被調用方法的返回值，而局部變量的作用與寄存器相同，還用于傳遞方法參數。因此，Java虛擬機既是堆棧機又是寄存器機。

Java虛擬機具有以下任務組的說明：

目的是二進制兼容性。每個特定的主機操作系統都需要自己的JVM和運行時實現。這些JVM在語義上以相同的方式解釋字節碼，但實際實現可能有所不同。與模擬字節碼相比，更復雜的方法是兼容且有效地實現必須映射到每個主機操作系統的Java核心API。

這些說明在一組通用的上進行操作?抽象的數據類型而不是任何特定指令集體系結構的本地數據類型。

JVM語言是具有可以用Java虛擬機可以承載的有效類文件表示的功能的任何語言。一個類文件包含Java虛擬機指令（Java字節碼）和一個符號表，以及其他輔助信息。類文件格式是獨立于硬件和操作系統的二進制格式，用于表示已編譯的類和接口。

有幾種JVM語言，既有移植到JVM的舊語言又有全新的語言。JRuby和Jython可能是現有語言中最著名的端口，分別是Ruby和Python。在從頭創建到Java字節碼的新語言中，Clojure，Apache Groovy，Scala和Kotlin可能是最受歡迎的語言。JVM語言的一個顯著特征是它們彼此兼容，例如，Scala庫可以與Java程序一起使用，反之亦然。

Java 7 JVM在Java平臺上實現了JSR 292：支持動態類型語言，這是一項新功能，它支持JVM中的動態類型語言。該功能是在達芬奇機器項目中開發的，其目的是擴展Java虛擬機，使其支持Java以外的語言。