JVM 架构 – 了解 JVM 内部结构

miku

1、JVM 架构 – 了解 JVM 内部结构

每个Java开发人员都知道字节码将由JRE（Java运行时环境）执行。但许多人不知道JRE是Java虚拟机（JVM）的实现，它分析字节码，解释代码并执行它。作为开发人员，我们应该了解JVM的架构非常重要，这使我们能够更有效地编写代码。在这篇带图表的 Java 中的 JVM 架构文章中，我们将更深入地了解 Java 中的 JVM 架构和 JVM 的不同组件。

2、 什么是Java中的JVM？

虚拟机是物理机的软件实现，Java是根据在VM上运行的WORA**（*一次写入随处运行）* 的概念开发的。编译器会将 java 文件编译为 java .class文件。.class文件被输入到 JVM，JVM 加载并执行类文件**。下面是 JVM 的架构。

3、 JVM在Java中是如何工作的？

如上图架构图所示，JVM分为三个主要子系统

1. 类装入器子系统
2. 运行时数据区域
3. 执行引擎

3.1 类加载器子系统

Java 的动态类装入功能由类装入器子系统处理。当类在运行时（而不是编译时）首次引用类时，它会加载、链接和初始化类。 它执行三个主要功能，例如加载、链接和初始化。

3.2 加载

类将由此组件加载。BootStrap ClassLoader，Extension ClassLoader，Application ClassLoader是三个类加载器，它们将有助于实现它。

1. BootStrap ClassLoader – 负责从引导类路径加载类，只有 rt.jar。 此加载程序将具有最高优先级。
2. 扩展类加载器 – 负责加载 ext 文件夹 （jre\lib） 内的类
3. 应用程序类加载器 – 负责加载应用程序级类路径、提到的环境变量等路径。

上述类装入器在装入类文件时将遵循委派层次结构算法。

3.3 链接

1. 验证 – 字节码验证器将验证生成的字节码是否正确，如果验证失败，我们将收到验证错误
2. 准备 – 对于所有静态变量，将分配内存并使用默认值分配内存。
3. 解决 – 所有符号内存引用都将替换为方法区域中的原始引用。

3.4 初始化

这是类加载的最后阶段，这里所有静态变量都将被分配原始值，静态**块**将被执行。

4、 运行时数据区

运行时数据区分为 5 个主要组件

1. 方法区 – 所有类级别数据将存储在此处，包括静态变量。方法区域是每个 JVM 一个，它是一个共享资源。

2. 堆区域 – 所有对象及其相应的实例变量和数组将存储在此处。堆区域也是每个 JVM 一个，因为方法区域和堆区域共享多个线程的内存，存储的数据不是线程安全的。

3. 堆栈区域 – 对于每个线程，将创建一个单独的运行时堆栈。对于每个方法调用，将在堆栈内存中创建一个条目，称为堆栈帧。所有局部变量都将在堆栈内存中创建。堆栈区域是线程安全的，因为它不是共享资源。堆栈框架分为三个子实体，例如

   1. 局部变量数组 – 与方法相关，涉及多少局部变量，相应的值将存储在此处。
   2. 操作数堆栈 – 如果需要执行任何中间操作，操作数堆栈将充当运行时工作区来执行操作。
   3. 帧数据 – 与该方法对应的所有符号都存储在此处。如果出现任何异常，catch 块信息将保留在帧数据中。

4. PC寄存器 – 每个线程将具有单独的PC寄存器，以保存当前执行指令的地址，一旦指令执行，PC寄存器**将更新为**下一条指令

5. 本机方法堆栈 – 本机方法堆栈保存本机方法信息。对于每个线程，将创建单独的本机方法堆栈。

5、 执行引擎

分配给运行时数据区域的字节码将由执行引擎执行。执行引擎读取字节代码并逐个执行。

1. 解释器 – 读取字节码，解释它并逐个执行它。解释器解释字节码的速度更快，但执行速度较慢。解释器的缺点是，当一个方法调用多次时，每次都需要解释。
2. JIT 编译器 – JIT 编译器抵消了解释器的缺点（调用多次的单个方法，每次都需要解释），执行引擎将使用解释器的帮助进行转换，但是当它发现重复的代码时，它使用 JIT 编译器编译整个字节码并将其更改为本机代码。此本机代码将直接用于重复的方法调用，从而提高系统的性能。
   1. 中间代码生成器 – 生成中间代码
   2. 代码优化器 – 代码优化器负责优化上面生成的中间代码
   3. 目标代码生成器 – 目标代码生成器负责生成机器代码/本机代码
   4. 探查器 – 探查器是一个特殊的组件，它负责查找热点（即）用于识别该方法是否被多次调用。
3. 垃圾收集器：垃圾收集器是执行引擎的一部分，它收集/删除未引用的对象。垃圾回收可以通过调用“System.gc（）”来触发，但不能保证执行。JVM 的垃圾回收器只收集那些由 new 关键字创建的对象。因此，如果您创建了没有 new 的任何对象，则可以使用 finalize 方法来执行清理。

Java Native Interface （JNI）：JNI 将与 Native Method Libraries 交互，并提供执行引擎所需的 Native Library。

本机方法库： 它是执行引擎所需的本机库的集合。

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