Java中的JVM體系結構以及JVM的不同組件介紹

一般大家對JVM的了解可能停留在概念的層面上，而對于JVM的工作機制和體系結構了解相對較少。今天就跟大家聊聊Java中的JVM體系結構以及JVM的不同組件。

什么是JVM？

虛擬機是物理機的軟件實現。Java是根據WORA（可在任何地方寫入一次）的概念開發的，可在VM上運行。編譯器將Java文件編譯為Java .class文件，然后將該.class文件輸入到JVM中，JVM會加載并執行該類文件。下圖是JVM的體系結構圖。

JVM體系結構圖

JVM如何工作？

如上面的架構圖所示，JVM分為三個主要子系統：
1.類加載器子系統
2.運行時數據區
3.執行引擎

1.類加載器子系統
Java的動態類加載功能由類加載器子系統處理。它加載鏈接，并在運行時（而非編譯時）首次引用類時初始化類文件。

1.1加載
類將由該組件加載。引導類裝入器、擴展類裝入器和應用程序類裝入器是有助于實現它的三個類裝入器。

1.引導程序類加載器–負責從引導類路徑加載類，除了rt.jar此加載程序將獲得最高優先級。
2.擴展類加載器–負責加載ext文件夾中的類
3.應用程序類加載器–負責加載應用程序級類路徑、提到的環境變量路徑等。
在加載類文件時，上面的類加載器將遵循委托層次算法。

1.2 鏈接
1.驗證 –字節碼驗證器將驗證生成的字節碼是否正確，如果驗證失敗，我們將收到驗證錯誤。
2.準備-對于所有靜態變量，將使用默認值分配和分配內存。
3.解決-所有符號存儲引用都被方法區域中的原始引用替換。

1.3初始化
這是類加載的最后階段；此處，所有靜態變量將被分配原始值，并執行靜態塊。

1. 運行時數據區
   運行時數據區分為五個主要部分：

1..方法區域 – 所有類級別的數據都將存儲在這里，包括靜態變量。每個JVM只有一個方法區域，它是共享資源。
2.堆區– 所有對象及其對應的實例變量和數組將存儲在此處。 每個JVM還有一個堆區。由于“方法”和“堆”區域共享多個線程的內存，因此存儲的數據不是線程安全的。
3.堆棧區域 – 對于每個線程，將創建一個單獨的運行時堆棧。對于每個方法調用，將在堆棧存儲器中創建一個條目，稱為堆棧幀。所有局部變量都將在堆棧存儲器中創建。堆棧區域不是共享資源，因此是線程安全的。 堆棧框架分為三個子實體：

1.局部變量數組– 與該方法相關的涉及多少局部變量，并且相應的值將存儲在此處。
2.操作數棧 –如果需要執行任何中間操作，則操作數堆棧充當執行該操作的運行時工作區。
3.框架數據 – 與該方法相對應的所有符號都存儲在此處。 在任何例外情況下，捕獲塊信息都將保留在幀數據中。
4.PC寄存器 – 每個線程將具有單獨的PC寄存器，一旦執行該指令，將保存當前執行指令的地址，PC寄存器將用下一條指令更新。
5.本機方法堆棧– 本機方法堆棧保存本機方法信息。對于每個線程，將創建一個單獨的本機方法堆棧。

1. 執行引擎
   分配給運行時數據區的字節碼將由執行引擎執行。執行引擎讀取字節碼并逐段執行。

1.解釋器 – 解釋器解釋字節碼的速度較快，但執行速度較慢。解釋器的缺點是，當多次調用一種方法時，每次都需要新的解釋。
2.JIT編譯器 – JIT編譯器消除了解釋器的缺點。執行引擎將使用解釋器的幫助來轉換字節碼，但是當重復的代碼時，它將使用JIT編譯器，該編譯器將編譯整個字節碼并將其更改為本地代碼。此本地代碼將直接用于重復的方法調用，從而提高系統的能。

1.中間代碼生成器 – 生成中間代碼
2.代碼優化器 – 負責優化上面生成的中間代碼
3.目標代碼生成器 – 負責生成機器代碼或本機
4.Profiler – 一個特殊的組件，負責查找熱點，即是否多次調用該方法。
3.垃圾收集器: 收集并刪除未引用的對象。可以通過調用System.gc（）來觸發垃圾回收，但是不能保證執行。JVM的垃圾收集收集創建的對象。
Java本機接口（JNI）: JNI將與本機方法庫進行交互，并提供執行引擎所需的本機庫。

本機方法庫: 這是本機庫的集合，這是執行引擎所需的。

看完上述內容，你們對Java中的JVM體系結構以及JVM的不同組件有進一步的了解嗎？如果還想學到更多技能或想了解更多相關內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道，感謝各位的閱讀。