JVM体系结构：JVM中的执行引擎

各位读者好！在JVM系列的上一篇文章中，开发人员了解了虚拟机的ClassLoader和Runtime Data Areas组件。本教程将帮助开发人员正确理解JVM中的执行引擎 。

1.简介

在继续之前，让我们看一下Java虚拟机及其基本特征。

1.1什么是Java虚拟机（JVM）？

Java虚拟机（JVM）是驻留在您的计算机上的抽象虚拟机，并为Java字节码提供了运行时环境以供执行。 JVM可用于许多硬件和软件平台，但是很少有Java开发人员知道Java运行时环境 （JRE）是Java虚拟机 （JVM）的实现。 JVM分析字节码，对其进行解释，然后执行相同的字节码以显示输出。

JVM的基本功能是执行已编译的.class文件（即字节码）并生成输出。 请注意 ，每个操作系统都有一个不同的JVM，但是在所有操作系统上生成的字节码输出都是相同的。这意味着在Windows操作系统上生成的字节码也可以在Linux操作系统上运行，反之亦然，从而使Java成为独立于平台的语言。

图1：Java虚拟机概述

1.1.1 JVM做什么？

Java虚拟机执行以下操作：

加载所需的.class和jar文件
分配参考并验证代码
执行代码
为Java字节码提供运行时环境

1.1.2 JVM内部架构

下图显示了符合JVM规范的Java虚拟机的关键内部组件。

图2：Java虚拟机架构

下面分别说明图2所示的执行引擎组件。

1.2 JVM中的执行引擎

该组件执行通过类加载器分配给运行时数据区域的字节码。该字节码作为指令读取，每个字节码指令由一个1字节的OpCode和一个加法操作数组成。 请注意 ，Java字节码是以人类可读的形式编写的，因此执行引擎必须将字节码更改为Java虚拟机中的机器可以轻松执行的语言。执行引擎具有三个主要子组件，即

解释器 ：此组件读取字节码指令并以顺序方式执行它们。该组件通过接受文件名参数从命令行运行应用程序。可以使用以下原型命令：
```
java <_compiled_file_name_without_extension_>
```
请记住 ，虚拟机解释器加载的已编译类（即.class文件）必须包含采用以下形式的main()方法。
```
public static void main(String[] args) { // Sample code here}
```
JIT（Just In Time）编译器 ：该组件抵消了解释器执行速度慢的缺点，并提高了性能。 JIT编译器同时编译字节码的相似部分，从而减少了编译所需的总时间。该组件中的编译器是指将JVM指令集转换为特定于OS的指令集的转换器。
- Oracle使用一种称为Hotspot Compiler的编译器 ，该编译器通过分析来搜索需要以最高优先级进行编译的热点，然后将该热点编译为本机代码。
垃圾收集 ：此组件是执行引擎的一部分，该引擎通过收集和删除未引用的对象来释放内存

图3：JVM中的执行引擎

1.3如何编译和执行Java类？

本节将演示Java类的编译和执行。让我们借助示例代码片段来了解此过程。

1.3.1创建Java文件

打开操作系统命令提示符，我们将使用“记事本”创建一个简单的Java类。可以使用以下Java命令。

> notepad _sample_file_name_with_extension_

该命令提供以下输出。

图4：使用记事本创建Java文件

1.3.2编写示例Java代码

如图4所示，该命令将打开一个记事本 ，开发人员可以将示例代码添加到显示虚拟输出的Welcome.java文件中。示例代码如图5所示，成功执行后将显示问候消息 。

图5：添加示例代码

1.3.3编译Java类

将代码保存在Welcome.java文件中后，开发人员将需要对其进行编译。该编译将生成Welcome.class文件，该文件又将生成一个.class文件。要编译该文件，可以使用以下Java命令。

> javac _Java_file_name_with_extension_

该命令提供以下输出。

图6：编译文件

1.3.4执行Java类

现在，开发人员将需要执行生成的Welcome.class文件以显示输出。要执行该文件，可以使用以下Java命令。

> java _Compiled_file_name_with_extension_

该命令提供以下输出。

图7：执行文件

1.4 JVM与JRE与JDK

在继续完成本教程之前，让我们看一下Java编程的三个重要关键字。许多开发人员无法获得两者之间的差异。

Java虚拟机（JVM） ：JVM是一种虚拟机，为执行Java字节码提供了运行时环境
Java运行时环境（JRE） ：JRE是一个在其中运行JVM的环境，并具有Java虚拟机在执行时使用的类库和其他文件。换句话说，JRE = Java虚拟机（JVM）+运行该应用程序的库
Java开发工具包（JDK） ：JDK是JRE的父集，具有JRE以及开发工具（如编译器，调试器等）所包含的所有内容。换句话说，JDK = Java运行时环境（JRE）+开发工具

这是JVM，JRE和JDK的图形表示。