JVM体系结构介绍_JAVA相关

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。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。

什么是JVM？
一个虚拟机是一个软件实现物理机。Java是根据WORA（可在任何地方运行一次写入）的概念开发的，该概念可在VM上运行。该编译器编译Java文件转换成一个Java的.class文件，则该.class文件输入到JVM，它加载并执行类文件。下面是JVM的体系结构图。

JVM体系结构图

JVM如何工作？

如上面的架构图所示，JVM分为三个主要子系统：

ClassLoader子系统
运行时数据区
执行引擎

1. ClassLoader子系统

Java的动态类加载功能由ClassLoader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

类将由此组件加载。BootStrap ClassLoader，Extension ClassLoader和Application ClassLoader是有助于实现该目标的三个ClassLoader。

BootStrap ClassLoader –负责从引导类路径中加载类，仅用于rt.jar。最高优先级将给予此加载程序。
扩展ClassLoader –负责加载ext文件夹（jre \ lib）内的类。
Application ClassLoader –负责加载应用程序级别的类路径，提到的环境变量路径等。

上面的ClassLoader在加载类文件时将遵循委托层次算法。

1.2连结

验证-字节码验证程序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。
准备–对于所有静态变量，将分配内存并为其分配默认值。
解决–将所有符号内存引用替换为“方法区域”中的原始引用。

1.3初始化

这是ClassLoading的最后阶段；在此，所有静态变量将被分配原始值，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：

方法区域–所有类级别的数据（包括静态变量）都将存储在此处。每个JVM只有一个方法区域，它是共享资源。
堆区–所有对象及其对应的实例变量和数组都将存储在此处。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。
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–与该方法有关，涉及多少个局部变量，并且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，则操作数堆栈充当执行该操作的运行时工作区。
3. 帧数据–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，捕获块信息将保留在帧数据中。
PC寄存器–每个线程将具有单独的PC寄存器，以在执行指令后保存当前执行指令的地址，PC寄存器将用下一条指令进行更新。
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。

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，每次都需要进行新的解释。
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，但是当发现重复的代码时，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，从而提高系统的性能。
1. 中间代码生成器–产生中间代码
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代码
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。
垃圾收集器：收集并删除未引用的对象。垃圾回收可以通过调用触发System.gc()，但不能保证执行。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。