Java：JVM架构解释

作为开发人员，了解 JVM 的架构非常重要，因为它使我们能够更有效地编写代码。

什么是 JVM?

虚拟机是物理机的软件实现。Java 是根据 WORA(一次编写，随处运行)的概念开发的，它在 VM 上运行。编译器将 Java 文件编译为 Java .class 文件，然后将该 .class 文件输入到 JVM 中，JVM 加载并执行该类文件。下面是JVM的架构图。

JVM 是如何工作的?

如上架构图所示，JVM主要分为三个子系统：类加载器子系统、运行时数据区、执行引擎。

1. 类加载器子系统

Java 的动态类加载功能由类加载器子系统处理。它加载，链接，并在运行时而不是编译时第一次引用类时初始化类文件。

1)加载

类将由该组件加载。BootStrap ClassLoader、Extension ClassLoader 和 Application ClassLoader 是三个有助于实现它的类加载器。

l BootStrap ClassLoader – 负责从引导类路径加载类，除了 rt.jar。此加载程序将获得最高优先级。

l Extension ClassLoader – 负责加载 ext 文件夹 (jre\lib) 中的类。

l Application ClassLoader——负责加载Application Level Classpath、路径提到的环境变量等。

上述类加载器在加载类文件时将遵循委托层次算法。

2)链接

l 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。

l 准备 - 对于所有静态变量，内存将被分配并分配默认值。

3)初始化

这是类加载的最后阶段，在这里，所有静态变量都将被赋予原始值，并且将执行静态块。

2. 运行时数据区

运行时数据区分为五个主要部分：

1)方法区——所有类级别的数据都将存储在这里，包括静态变量。每个JVM只有一个方法区，它是一个共享资源。Java培训班的课程都是系统全面的整体，无论个人基础的好坏，都能真正做到从0开始，循序渐进的过渡到实际项目演练，在实际项目中验证所学知识的掌握程度，这是个人自学难以企及的巨大优势。

2)堆区——所有对象及其对应的实例变量和数组都将存储在这里，每个 JVM 也有一个堆区。Method 和 Heap 区域为多个线程共享内存。

3)堆栈区——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，都会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。Stack Frame 分为三个子实体：

l 局部变量数组 - 与方法相关，涉及多少局部变量以及相应的值将存储在这里。

l 操作数栈——如果需要执行任何中间操作，操作数栈充当运行时工作区来执行操作。

l 帧数据——与方法对应的所有符号都存储在这里。在任何异常的情况下，catch 块信息将保存在帧数据中。

4)PC 寄存器——每个线程都有单独的 PC 寄存器，用于保存当前执行指令的地址，一旦指令执行，PC 寄存器将被下一条指令更新。

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，将创建一个单独的本机方法堆栈。

3.执行引擎

分配给运行时数据区的字节码将由执行引擎执行，执行引擎读取字节码并逐段执行。

1)解释器——解释器更快地解释字节码，但执行速度很慢。解释器的缺点是当一个方法被多次调用时，每次都需要新的解释。

2)JIT 编译器——JIT 编译器消除了解释器的缺点。执行引擎将在解释器的帮助下转换字节码，但当它发现重复的代码时，它会使用 JIT 编译器，编译整个字节码并将其更改为本地代码。该原生代码将直接用于重复的方法调用，从而提高系统的性能。

l 中间代码生成器——生成中间代码

l 代码优化器——负责优化上面生成的中间代码

l 目标代码生成器——负责生成机器代码或本机代码

l 探查器——一个特殊的组件，负责查找热点，即是否多次调用该方法。

3)垃圾收集器——收集和删除未引用的对象。垃圾回收可以通过调用 System.gc() 来触发，但不能保证执行。JVM 的垃圾收集收集创建的对象。

Java 本地接口(JNI)将与本机方法库交互，并提供执行引擎所需的本机库。本机方法库是执行引擎所需的本机库的集合。