JVM 架构解释

每个Java开发者都知道通过JRE【Java运行环境】执行字节码。

但是很多人都不知道JRE是JVM实现的事实。JVM负责执行字节码的分析

代码的解释和运行。

我们应该了解JVM的架构，这对开发者来说是很重要的，这促进我们更有效的

编写代码。在本文中，我们将深入学习有关JVM的架构和JVM组件的区别。

什么是JVM？

虚拟机是物理机的一个软件实现。

JAVA是基于WORA（一次编写,到处运行）的概念开发的，它运行在虚拟机上。

编译器将Java文件编译成class文件，然后将class文件输入到JVM，JVM加载并运行class文件。

下面是JVM架构图：

JVM是如何工作的？

像上面图表显示那样，JVM分成3个主要的子系统：

1. 类加载器子系统
2. 运行时数据区
3. 执行引擎

 

1、类加载器子系统

Java的动态类加载功能是通过类加载子系统去处理的。

它并不是在编译时候，而是在首次运行时加载引用类时、连接并初始化类文件。

 

1.1 加载

类通过该组件加载。通过引导类加载器，扩展类加载器，应用类加载器这三个类加载器帮助完成加载。

1. 引导类加载器

负责从引导类路径去加载类，除了rt.jar之外，没其他别的jar。给予该加载器最高的优先级。

1. 扩展类加载器

负责加载ext目录（jre\lib）的类

1. 应用加载器

负责加载类路径中应用级别的类，path提到的环境变量，等等。

以上的类加载器在加载类文件的时候遵循委托层次算法。

1.2连接

1. 验证-字节码验证器验证生成的字节码是否正确，如果验证失败，我们将收到验证的错误信息。
2. 准备-为所有的静态变量分配内存和默认值
3. 解析-用方法区的原始引用代替所有符号内存引用。

 

1.3 初始化

这是类加载的最后一个阶段，此时所有的静态变量都用原始值去赋值，并且将运行静态代码块。

2、运行时数据区

运行时数据区域分成5个主要的组件：

1. 方法区-所有类级的数据都存储在这里，包括静态变量。

每个JVM只有一个方法区，它是一个共享资源。

1. 堆区-所有的对象和对应的实例变量以及数组都存储在这里。

每个JVM只有一个堆区，由于方法区和堆区为多个线程共享内存，所以

存储的数据不是线程安全的。

1. 栈区-为每个线程，创建一个单独的运行时栈。为每个方法调用，在栈内存创建一个条目，称之为栈帧。所有本地变量都会在栈内存中创建。由于它不是共享的资源，所有是线程安全的。

栈帧被分成3子实体

1. 本地变量数组-涉及跟方法有关的本地变量和对应的值都存储在这里。
2. 操作数栈-如果需要执行中间操作，操作数堆栈作为运行时工作区来执行操作。
3. 帧数据-所有和对应方法的标记都存储在里面。在发生异常的情况下，捕捉块信息在这里维护。

1. 程序计数器寄存器--每个线程都有自己的程序计数器寄存器，持有当前执行指令的地址，一旦当前指令执行被运行，下一个指令将会更新到程序计数器寄存器。

3、执行引擎

字节码被分配到执行引擎执行的运行时数据区。执行引擎一块一块的读取字节码并执行。

1. 解释器-解释器解释字节码很快，但是执行的很慢。解释器的缺点是当一个方法被调用多次，每次都需要一个新的解释。
2. JIT编译器-JIT弥补了解释器的缺点。执行引擎将利用解释器转换字节码，但是当他找到重复的编码，它就使用编译器。编译器编译全部的字节码并变成本地代码

这些本地码将直接被方法调用重复地使用，这就改善了系统的性能。

1. 中间代码生成器-生成中间代码。
2. 代码优化器-负责优化上面生成的代码
3. 目标代码生成器-负责生成机器码或者本地代码
4. 分析器-一个特殊的组件，负责寻找hotspots,即是否方法被调用多次。

 

1. 垃圾收集器：收集和清除未被引用的对象，可以通过System.gc()触发垃圾回收，但是不保证一定执行。创建收集对象的JVM垃圾收集。

 

Java Native Interface (JNI)：JNI和本地方法库互动，特供本地库所需的执行引擎。

Native Method Libraries: 这是执行引擎所需的本地方法的一个集合

 

本文为在下翻译外文的处女作，水平有限，翻译不恰当之处，烦请读者指正！

原文地址：https://dzone.com/articles/jvm-architecture-explained