每个Java开发人员都知道字节码将由JRE(Java Runtime Environment)执行。但是许多人并不知道JRE是Java虚拟机(JVM)的实现,它可以分析字节码,解释代码并执行它。作为开发人员,了解JVM的体系结构非常重要,因为它使我们能够更高效地编写代码。

通过优锐课的jvm分享,在本文中,我们将更深入地了解Java中的JVM体系结构以及JVM的不同组件。分享给大家参考学习。

什么是JVM?

虚拟机是物理机的软件实现。Java是根据WORA(可在任何地方写入一次)的概念开发的,可在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会加载并执行该类文件。下图是JVM的体系结构图。

JVM体系结构图
精讲 JVM架构体系介绍_第1张图片

JVM如何工作?

如上面的架构图所示,JVM分为三个主要子系统:
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的动态类加载功能由类加载器子系统处理。它加载链接,并在运行时(而非编译时)首次引用类时初始化类文件。

1.1加载
类将由该组件加载。引导类装入器、扩展类装入器和应用程序类装入器是有助于实现它的三个类装入器。

1.引导程序类加载器–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。
2.扩展类加载器–负责加载ext文件夹中的类
3.应用程序类加载器–负责加载应用程序级类路径、提到的环境变量路径等。
在加载类文件时,上面的类加载器将遵循委托层次算法。

1.2 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,将使用默认值分配和分配内存。
3.解决-所有符号存储引用都被方法区域中的原始引用替换。

1.3初始化
这是类加载的最后阶段;此处,所有静态变量将被分配原始值,并执行静态块。

  1. 运行时数据区
    运行时数据区分为五个主要部分:

1..方法区域 – 所有类级别的数据都将存储在这里,包括静态变量。每个JVM只有一个方法区域,它是共享资源。
2.堆区– 所有对象及其对应的实例变量和数组将存储在此处。 每个JVM还有一个堆区。由于“方法”和“堆”区域共享多个线程的内存,因此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,将在堆栈存储器中创建一个条目,称为堆栈帧。所有局部变量都将在堆栈存储器中创建。堆栈区域不是共享资源,因此是线程安全的。 堆栈框架分为三个子实体:

1.局部变量数组– 与该方法相关的涉及多少局部变量,并且相应的值将存储在此处。
2.操作数栈 –如果需要执行任何中间操作,则操作数堆栈充当执行该操作的运行时工作区。
3.框架数据 – 与该方法相对应的所有符号都存储在此处。 在任何例外情况下,捕获块信息都将保留在帧数据中。
4.PC寄存器 – 每个线程将具有单独的PC寄存器,一旦执行该指令,将保存当前执行指令的地址,PC寄存器将用下一条指令更新。
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。

  1. 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 – 解释器解释字节码的速度较快,但执行速度较慢。解释器的缺点是,当多次调用一种方法时,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。执行引擎将使用解释器的帮助来转换字节码,但是当重复的代码时,它将使用JIT编译器,该编译器将编译整个字节码并将其更改为本地代码。此本地代码将直接用于重复的方法调用,从而提高系统的能。

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中间代码
3.目标代码生成器 – 负责生成机器代码或本机
4.Profiler – 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: 收集并删除未引用的对象。可以通过调用System.gc()来触发垃圾回收,但是不能保证执行。JVM的垃圾收集收集创建的对象。
Java本机接口(JNI): JNI将与本机方法库进行交互,并提供执行引擎所需的本机库。

本机方法库: 这是本机库的集合,这是执行引擎所需的。

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精讲 JVM架构体系介绍_第2张图片